KẾT CẤU BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP - NGUYÊN TẮC ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG CHỊU LỬA VÀ KHẢ NĂNG BẢO TOÀN SAU CHÁY

3.1.22 Giới hạn chịu lửa về mất tính toàn vẹn E fire resistance limit on integrity E Thời điểm đạt tới trạng thái giới hạn của kết cấu xây dựng chịu lực và/hoặc bao che ngăn che do sự h

Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1.1 Cấp cường độ chịu nén của bê tông, B (grade of compressive strength of concrete)

Cường độ chịu nén tức thời của bê tông là giá trị ứng suất nén tối thiểu, tính bằng megapascal (MPa), đảm bảo có xác suất ít nhất 95% không xảy ra phá hoại trên mẫu lập phương tiêu chuẩn được chế tạo, dưỡng hộ theo điều kiện tiêu chuẩn và thử nén ở tuổi 28 ngày.

CHÚ THÍCH: Mẫu lập phương chuẩn để xác định cường độ chịu nén có kích thước (150×150×150) mm

3.1.2 Chiều cao làm việc của tiết diện (effective depth of cross section)

Khoảng cách từ biên chịu nén của tiết diện cấu kiện đến trọng tâm của cốt thép dọc chịu kéo hoặc chịu nén ít hơn

3.1.3 Chế độ nhiệt tiêu chuẩn (standard time-temperature curve)

Quan hệ nhiệt độ - thời gian cháy tiêu chuẩn

CHÚ THÍCH: Chế độ nhiệt tiêu chuẩn được biểu diễn bằng hàm logarit để tính nhiệt độ T = 20 +345lg(8t+1), trong đó t tính bằng phút, theo TCVN 9311-1:2012 (ISO 834-1:1999)

3.1.4 Cốt thép chịu lực (load-bearing reinforcement)

Cốt thép được bố trí theo tính toán

3.1.5 Cốt thép cấu tạo (constructive reinforcement)

Cốt thép được bố trí theo các yêu cầu về cấu tạo mà không cần tính toán

3.1.6 Cốt thép hạn chế biến dạng ngang (confinement reinforcement)

Cốt thép ngang dùng để gia cường các vị trí cần tăng độ bền, hạn chế biến dạng ngang của bê tông, tăng khả năng chống nứt

3.1.7 Cốt thép ứng suất trước (prestressing steel)

Cốt thép được ứng suất trước trong quá trình chế tạo kết cấu trước khi ngoại lực tác dụng trong giai đoạn khai thác sử dụng

Tính chất cơ học của vật liệu, chỉ khả năng chịu được các tác động, thường được tính bằng đơn vị của ứng suất

Sự cháy không được kiểm soát dẫn đến các thiệt hại về người và (hoặc) tài sản

3.1.10 Đám cháy tiêu chuẩn (standard fire) Đám cháy có quan hệ nhiệt độ - thời gian tuân theo chế độ nhiệt tiêu chuẩn

3.1.11 Điều kiện sử dụng bình thường (serviceability) Điều kiện sử dụng các công trình xây dựng phù hợp với các điều kiện đã quy định trong các tiêu chuẩn hoặc nhiệm vụ thiết kế, bao gồm cả bảo dưỡng (bảo trì), sửa chữa lớn và sửa chữa nhỏ

Khả năng của một cấu kiện hoặc của tiết diện ngang cấu kiện, chịu được các tác động mà không bị phá hoại về cơ học, ví dụ độ bền uốn (hoặc khả năng chịu uốn), độ bền kéo (hoặc khả năng chịu kéo), độ bền chống mất ổn định (hoặc khả năng chống mất ổn định), v.v

Khả năng của công trình xây dựng bảo toàn được các tính chất vật lý, độ bền và các tính chất khác đã được quy định trong thiết kế và đảm bảo cho công trình xây dựng sử dụng bình thường trong suốt thời hạn sử dụng theo thiết kế

3.1.14 Đốt nóng nhiệt độ cao (high-temperature heating) Đốt nóng kết cấu ở nhiệt độ trên 200 °C dưới tác động của lửa

3.1.15 Đốt nóng nhiệt độ cao ngắn hạn (short-term high-temperature heating)

Tác động nhiệt độ cao một lần và liên tục lên kết cấu trong khoảng thời gian vài phút đến vài giờ

3.1.16 Biện pháp cấu tạo để bảo vệ chống cháy (structural means for fire protection)

Sự bọc, phủ kết cấu để bảo vệ chống cháy bằng các vật liệu hoặc các giải pháp kết cấu khác

3.1.17 Giới hạn chịu lửa của kết cấu (fire resistance limit of structures)

Thời gian (tính bằng giờ hoặc bằng phút) từ khi bắt đầu thử chịu lửa trên các mẫu thử theo chế độ nhiệt tiêu chuẩn cho tới khi xuất hiện một trong các trạng thái giới hạn của kết cấu và cấu kiện

Văn bản quy định an toàn cháy cho nhà và công trình hiện hành [1]

Giới hạn chịu lửa bản thân của kết cấu bê tông cốt thép (self fire resistance limit of reinforced concrete structures)

Giới hạn chịu lửa được đảm bảo khi thiết kế bằng các thông số của tiết diện bê tông cốt thép của kết cấu gồm: kích thước hình học của tiết diện, bố trí cốt thép, chiều dày lớp bê tông bảo vệ, cấp cường độ chịu nén của bê tông và cường độ của cốt thép.

Giới hạn chịu lửa yêu cầu của kết cấu bê tông cốt thép (required fire resistance limit of reinforced concrete structures) Giá trị giới hạn chịu lửa của kết cấu bê tông cốt thép được quy định trong [1]

3.1.20 Giới hạn chịu lửa thực tế của kết cấu bê tông cốt thép (actual fire resistance limit of reinforced

Giới hạn chịu lửa mà kết cấu bê tông và bê tông cốt thép đang sử dụng có được, có kể đến tình trạng kỹ thuật của nó và sự có mặt của các lớp phủ bảo vệ chống cháy

3.1.21 Giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R (fire resistance limit on load bearing capacity R)

Thời điểm đạt tới trạng thái giới hạn của kết cấu chịu lực do nó bị sập đổ hoặc xuất hiện biến dạng giới hạn trong điều kiện thử nghiệm với chế độ nhiệt tiêu chuẩn (đám cháy tiêu chuẩn) hoặc theo kết quả tính toán - được xác định theo thời gian tính từ khi đám cháy bắt đầu, lấy đơn vị theo phút (min)

CHÚ THÍCH: Biến dạng giới hạn được xác định theo [4]

3.1.22 Giới hạn chịu lửa về mất tính toàn vẹn E (fire resistance limit on integrity E)

Thời điểm giới hạn chịu lực của kết cấu công trình là khi xuất hiện vết nứt hoặc lỗ hổng trên bề mặt không tiếp xúc với lửa trong quá trình thử nghiệm cháy chuẩn hoặc theo tính toán Đây là thời điểm sản phẩm cháy hoặc ngọn lửa bắt đầu lan từ bên trong kết cấu ra bên ngoài Thời điểm này được xác định bằng thời gian tính từ khi đám cháy bắt đầu, tính bằng phút.

3.1.23 Giới hạn chịu lửa về mất tính cách nhiệt I (fire resistance limit on thermal insulation I)

Thời điểm đạt tới trạng thái giới hạn của kết cấu xây dựng chịu lực và/hoặc bao che (ngăn che) do sự gia tăng của nhiệt độ trung bình trên bề mặt chưa bị đốt nóng của kết cấu lớn hơn 140 K, hoặc sự gia tăng của nhiệt độ tại bất kỳ điểm nào của bề mặt này lớn hơn 180 K so với nhiệt độ kết cấu trước khi thử nghiệm với chế độ nhiệt tiêu chuẩn (đám cháy tiêu chuẩn) hoặc theo kết quả tính toán - được xác định theo thời gian, min, tính từ khi đám cháy bắt đầu

3.1.24 Hàm lượng cốt thép (reinforcement percentage)

Tỉ số giữa diện tích tiết diện cốt thép và diện tích làm việc của tiết diện bê tông, tính bằng phần trăm

3.1.25 Kết cấu bê tông (concrete structure)

Kết cấu được làm từ bê tông không cốt thép hoặc có cốt thép đặt theo cấu tạo và không được kể đến trong tính toán; nội lực gây bởi tất cả các tác động trong kết cấu bê tông đều do bê tông chịu

3.1.26 Kết cấu bê tông cốt thép (reinforced concrete structure)

12 Kết cấu được làm từ bê tông với cốt thép chịu lực và cốt thép cấu tạo; nội lực gây bởi tất cả các tác động trong kết cấu bê tông cốt thép do bê tông và cốt thép chịu lực cùng chịu

3.1.27 Khả năng chịu lực (load bearing capacity)

Hệ quả tác động lớn nhất xuất hiện trong công trình xây dựng mà không vượt quá các trạng thái giới hạn

3.1.28 Khả năng chịu lửa của kết cấu xây dựng (fire resistance of building constructions)

Khả năng của kết cấu xây dựng bảo toàn chức năng chịu lực và/hoặc chức năng bao che (ngăn che) trong điều kiện cháy

3.1.29 Khả năng bảo toàn sau cháy của kết cấu xây dựng (post-fire resistance of building constructions)

Khả năng của kết cấu xây dựng bảo toàn chức năng chịu lực và/hoặc chức năng bao che (ngăn che) sau cháy Khả năng bảo toàn sau cháy đặc trưng cho tình trạng có thể sửa chữa được mà không phải gia cường sau cháy

3.1.30 Lớp bê tông bảo vệ (concrete cover)

Lớp bê tông tính từ biên (mép) cấu kiện đến bề mặt gần nhất của thanh cốt thép

3.1.31 Lớp bê tông bảo vệ hư hỏng (damaged concrete cover)

Lớp bê tông hư hỏng bị giảm yếu đến mức dễ đập bỏ khi gõ bề mặt kết cấu bê tông cốt thép bằng búa tay mà không sử dụng dụng cụ điện

3.1.32 Neo cốt thép (reinforcement anchorage)

Ký hiệu

M n mô men uốn do tải trọng tiêu chuẩn (Nm);

M mô men uốn do tải trọng tính toán (Nm);

M T mô men uốn do tác động của đám cháy tiêu chuẩn (Nm);

N n lực dọc do tải trọng tiêu chuẩn (N);

N lực dọc do tải trọng tính toán (N);

N T lực dọc do tác động của đám cháy tiêu chuẩn (N);

Q n lực cắt do tải trọng tiêu chuẩn (N);

Q lực cắt do tải trọng tính toán (N);

Q T lực cắt do tác động của đám cháy tiêu chuẩn (N);

3.2.2 Các đặc trưng vật liệu

E E mô đun đàn hồi của bê tông khi đốt nóng (MPa);

E b  mô đun biến dạng của bê tông (MPa);

E E mô đun đàn hồi của cốt thép (MPa);

R R cường độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tông (MPa);

R R cường độ chịu nén tính toán của bê tông (MPa);

R R cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông (MPa);

R R cường độ chịu kéo tính toán của bê tông (MPa);

R R cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của cốt thép (MPa);

R R cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép (MPa);

R R cường độ chịu nén tiêu chuẩn của cốt thép (MPa);

R R cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép ngang (MPa);

15 a red hệ số dẫn nhiệt quy đổi của bê tông (m 2 /h);

 bt hệ số giãn nhiệt của bê tông (1/°C);

 cs hệ số co nhiệt của bê tông, (1/°C);

 st hệ số biến dạng nhiệt của cốt thép (1/°C);

 b hệ số kể đến sự thay đổi mô đun đàn hồi của bê tông khi đốt nóng;

 s hệ số kể đến sự thay đổi mô đun đàn hồi của cốt thép khi đốt nóng;

 b T , hệ số điều kiện làm việc của bê tông khi nén;

 bt T , hệ số điều kiện làm việc của bê tông khi kéo;

 s T , hệ số điều kiện làm việc của cốt thép khi nén và kéo;

 s T cr , , giá trị tới hạn của hệ số điều kiện làm việc của cốt thép chịu kéo;

 b biến dạng tương đối giới hạn của bê tông khi nén dọc trục và ứng suất đều;

 b biến dạng tương đối giới hạn của thớ bê tông ngoài cùng của vùng chịu nén khi ứng suất không đều;

 s biến dạng tương đối của cốt thép khi ứng suất bằng R s T , ;

 s biến dạng tương đối cực hạn của cốt thép;

 b T , biến dạng nhiệt của bê tông;

 sc biến dạng co của bê tông;

 b cr hệ số từ biến của bê tông chịu nén;

 hệ số dẫn nhiệt của bê tông và cốt thép (W/(m°C);

C nhiệt dung riêng của bê tông và cốt thép (kJ/(kg°C))

3.2.3 Các đặc trưng hình học a khoảng cách từ hợp lực trong cốt thép S đến biên gần nhất của tiết diện (mm); a khoảng cách từ hợp lực trong cốt thép S đến biên gần nhất của tiết diện (mm); a T chiều sâu đốt nóng của bê tông đến nhiệt độ tới hạn T b cr , (mm); b T chiều rộng của tiết diện chữ nhật; chiều rộng sườn của tiết diện chữ T và chữ I khi đốt nóng bê tông đến nhiệt độ tới hạn (mm);

 , b f T chiều rộng cánh tiết diện chữ T và chữ I trong vùng chịu nén khi đốt nóng bê tông đến nhiệt độ tới hạn (mm); e khoảng cách từ điểm đặt lực dọc N đến hợp lực trong cốt thép S(mm); e khoảng cách từ điểm đặt lực dọc N đến hợp lực trong cốt thép S(mm); e 0 độ lệch tâm của lực dọc N đối với trọng tâm tiết diện quy đổi (mm); h 0,T chiều cao làm việc của tiết diện khi đốt nóng bê tông vùng chịu nén đến nhiệt độ tới hạn của bê tông T b cr , (mm);

T b nhiệt độ của bê tông (°C);

T b cr nhiệt độ đốt nóng tới hạn của bê tông (°C);

T s nhiệt độ của cốt thép (°C);

T s cr nhiệt độ đốt nóng tới hạn của cốt thép (°C);

4 Yêu cầu chung về đảm bảo khả năng chịu lửa của kết cấu bê tông cốt thép

4.1 Khi thiết kế cần xác định giới hạn chịu lửa của các kết cấu bê tông cốt thép để quy định khả năng sử dụng chúng trong nhà và công trình với bậc chịu lửa theo quy định

CHÚ THÍCH: Bậc chịu lửa được quy định trong văn bản quy định về an toàn cháy cho nhà và công trình hiện hành[1]

CHÚ THÍCH: Việc phân loại nhà, công trình và khoang cháy theo bậc chịu lửa và trình tự xác định bậc chịu lửa được quy định trong [1]

4.2 Theo phân loại kỹ thuật cháy về tính chịu lửa, phân ra ba trạng thái giới hạn đặc trưng cho sự xuất hiện giới hạn chịu lửa của kết cấu xây dựng về: mất khả năng chịu lực (R), mất tính toàn vẹn (E), và mất tính cách nhiệt (I) Các dấu hiệu trạng thái giới hạn được xác định như đã được định nghĩa tương ứng tại 3.1.21, 3.1.22, 3.1.23 Đặc trưng tính chịu lửa chỉ áp dụng cho kết cấu xây dựng mà không áp dụng cho vật liệu Vật liệu xây dựng được đặc trưng bởi tính nguy hiểm cháy

4.3 Giá trị quy định về giới hạn chịu lửa của kết cấu xây dựng phụ thuộc vào bậc chịu lửa của nhà, công trình và khoang cháy

Giá trị giới hạn chịu lửa của kết cấu xây dựng được quy định theo [1] Đối với kết cấu dạng thanh (như cột, dầm, giàn, xà gồ, khung, vòm, hệ kết cấu dạng giằng), cầu thang, bản thang lồng thang bộ chỉ quy định một giới hạn chịu lửa về khả năng chịu lực (R) Đối với kết cấu chịu lực như tường, bản sàn tầng, bản phủ (bao gồm chống cháy), quy định ba giới hạn chịu lửa: mất khả năng chịu lực (R), ngăn cháy lan (E) và cách nhiệt (I).

− Mất khả năng chịu lực R;

− Mất tính cách nhiệt I Đối với tường ngoài chịu lực và bản sàn tầng thì quy định hai giới hạn chịu lửa về:

− Mất khả năng chịu lực R;

− Mất tính toàn vẹn E Đối với tường ngoài không chịu lực thì quy định một giới hạn chịu lửa về mất tính toàn vẹn E

4.4 Các kết cấu bê tông cốt thép thực hiện chức năng bộ phận ngăn cháy bao gồm các tường ngăn cháy, sàn tầng và vách ngăn Tính chịu lửa của kết cấu bê tông cốt thép của bộ phận ngăn cháy được xác định bằng tính chịu lửa của:

− Phần bao che của bộ phận ngăn cháy;

− Kết cấu mà đảm bảo sự ổn định của bộ phận ngăn cháy;

− Kết cấu đỡ bộ phận ngăn cháy

CHÚ THÍCH: Các giới hạn chịu lửa yêu cầu và loại kết cấu bê tông cốt thép thực hiện chức năng của bộ phận ngăn cháy được quy định trong [1]

Giới hạn chịu lửa của kết cấu bê tông cốt thép có vai trò đảm bảo ổn định và/hoặc là gối đỡ của bộ phận ngăn cháy, cũng như của các bộ phận liên kết với các kết cấu liền kề theo dấu hiệu R, còn các bộ phận tiếp giáp – theo dấu hiệu EI, không được nhỏ hơn giới hạn chịu lửa của bộ phận ngăn cháy

4.5 Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép phải được thực hiện sao cho giới hạn chịu lửa bản thân và/hoặc thực tế của kết cấu không nhỏ hơn giá trị quy định Khi đó, giới hạn chịu lửa phải được đảm bảo nhờ cấu tạo tiết diện kết cấu bê tông cốt thép một cách hợp lý mà không cần dùng các phương tiện bảo vệ chống cháy

CHÚ THÍCH: Giá trị giới hạn chịu lửa yêu cầu được quy định trong [1]

Việc sử dụng các phương tiện chống cháy đối với kết cấu bê tông cốt thép trong một số trường hợp cụ thể được nêu tại Điều 11

4.6 Chứng nhận phù hợp về giới hạn chịu lửa thực tế của kết cấu bê tông cốt thép bằng các giá trị yêu cầu được thực hiện theo quy định hiện hành

4.7 Các phương pháp tính toán để đánh giá giới hạn chịu lửa của các cấu kiện bê tông cốt thép nêu trong tiêu chuẩn này được dựa trên các kết quả nghiên cứu và thử nghiệm chịu lửa

Việc tính toán giới hạn chịu lửa của kết cấu bê tông cốt thép chỉ có thể thực hiện được thông qua các phần mềm chuyên dụng sau khi so sánh kết quả tính toán từ phần mềm với các kết quả thử nghiệm.

Bê tông

5.1.1 Cường độ chịu nén tiêu chuẩn R b n , , chịu nén tính toán R b , R b ser , và chịu kéo tính toán R btn , bt ,

R R bt ser , , mô đun đàn hồi ban đầu E b và mô đun biến dạng của bê tông khi nén E b ,  lấy theo TCVN 5574:2018 [3]

Khi cháy, tác động đốt nóng lên nhiệt độ cao làm thay đổi tính chất của bê tông trong kết cấu bê tông ở trạng thái chịu lực

Sự thay đổi cường độ chịu nén tiêu chuẩn và tính toán của bê tông tại nhiệt độ cao được kể đến bằng hệ số điều kiện làm việc của bê tông  b T , :

Giá trị hệ số điều kiện làm việc của bê tông  b T , lấy theo nhiệt độ trung bình của bê tông khi tính toán:

− Vùng chịu nén: theo các công thức (26), (27), (41) đến (43), (51) và (52);

− Cánh chịu nén: theo công thức (32);

− Sườn chịu nén: theo các công thức (33), (34), (37);

− Tiết diện ngang: theo công thức (39);

− Trong vùng neo: theo công thức (31)

Giá trị hệ số điều kiện làm việc của bê tông (bT) được xác định bằng thực nghiệm Đối với bê tông sử dụng cốt liệu gốc silicat và cacbonat, cũng như bê tông keramzit kết cấu, hệ số (bT) phụ thuộc vào nhiệt độ nung của bê tông và được ghi trong Bảng 1.

Bảng 1 – Các hệ số  b T , ,  b và  b cr ,

Loại bê tông Hệ số

Giá trị các hệ số  b T , ,  b và  b cr , khi nhiệt độ đốt nóng bê tông, °C

1 Bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silicat

2 Bê tông nặng dùng cốt liệu gốc cacbonat

3 Bê tông keramzit kết cấu

CHÚ THÍCH 1: Giá trị các hệ số  b T , trên tử số và hệ số  b áp dụng cho bê tông ở trạng thái đốt nóng và được sử dụng khi tính toán khả năng chịu lửa

CHÚ THÍCH 2: Giá trị các hệ số  b T , dưới mẫu số và hệ số  b cr , áp dụng cho bê tông ở trạng thái nguội sau khi đốt nóng và được sử dụng khi tính toán khả năng bảo toàn sau cháy

CHÚ THÍCH 3: Giá trị hệ số  b sau khi đốt nóng lấy bằng 1,0

CHÚ THÍCH 4: Các giá trị ghi trong bảng này áp dụng cho bê tông cấp cường độ chịu nén không lớn hơn B55

CHÚ THÍCH 5: Đối với bê tông cường độ cao từ B60 trở lên, hệ số điều kiện làm việc được xác định bằng thực nghiệm

5.1.3 Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn R btn và chịu kéo tính toán R bt , R bt ser , cũng thay đổi khi bê tông chịu tác động lửa Sự thay đổi các cường độ chịu kéo của bê tông khi tăng nhiệt độ đốt nóng được kể đến bằng các hệ số điều kiện làm việc của bê tông khi kéo  bt T , :

Khi tính toán cấu kiện bê tông cốt thép chịu tác dụng của lực cắt theo 8.2.5 thì giá trị hệ số  bt T , lấy theo nhiệt độ trung bình của tiết diện bê tông, khi tính toán nội lực trong vùng neo theo công thức (31) – theo nhiệt độ thanh cốt thép được neo

Giá trị hệ số  bt T , khi có tác động nhiệt ngắn hạn lấy theo Bảng 2

Bảng 2 – Hệ số  bt T , khi đốt nóng bê tông

Loại bê tông Hệ số  bt T , khi nhiệt độ đốt nóng, °C

Bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silicat, gốc cacbonat; bê tông keramzit kết cấu

5.1.4 Nhiệt độ đốt nóng bê tông được xác định bằng tính toán nhiệt kỹ thuật theo Điều 6 hoặc theo Phụ lục A và Phụ lục B Nhiệt độ trung bình của bê tông vùng chịu nén nằm ở biên bị đốt nóng của tiết diện cho phép được lấy như sau:

− Khi x T  R h 0, T – theo nhiệt độ bê tông ở khoảng cách 0,2h 0, T và đối với bản 0,1h 0, T tính từ biên chịu nén của tiết diện;

− Khi x T  R h 0, T và x T =h 0, T – ở khoảng cách 0,5h 0, T tính từ biên chịu nén của tiết diện

Nhiệt độ trung bình của bê tông vùng chịu nén ở biên không bị đốt nóng của tiết diện dầm lấy theo Hình 1

Hình 1 – Nhiệt độ trung bình của bê tông vùng chịu nén (ở biên không bị đốt nóng) trong dầm khi bị đốt nóng ba phía trong khoảng thời gian chế độ nhiệt tiêu chuẩn từ 30 min đến 240 min

Khi tính toán khả năng chịu lửa của bê tông, hệ số  b đại diện cho sự thay đổi của mô đun đàn hồi ban đầu khi bê tông tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian ngắn Hệ số này phản ánh sự ảnh hưởng của quá trình nung nóng đến tính đàn hồi của bê tông, giúp dự báo chính xác hơn khả năng chịu lửa tổng thể của cấu kiện.

Giá trị hệ số  b lấy theo Bảng 1

5.1.6 Khi tính toán khả năng bảo toàn sau cháy của kết cấu bê tông cốt thép chịu tác dụng dài hạn của tải trọng theo các trạng thái giới hạn thứ hai thì giá trị mô đun biến dạng của bê tông được xác định theo công thức:

Giá trị hệ số từ biến của bê tông  b cr , sau khi bị đốt nóng lấy theo Bảng 1

5.1.7 Khi đốt nóng bê tông ẩm tự nhiên thì biến dạng nhiệt của nó bao gồm hai dạng: biến dạng phục hồi – biến dạng giãn nhiệt, và biến dạng không phục hồi – biến dạng co nhiệt

Giá trị hệ số giãn nhiệt  bt được ghi trong Bảng 3 và hệ số co nhiệt  c s – trong Bảng 4

Bảng 3 – Hệ số giãn nhiệt  bt khi đốt nóng bê tông

Loại bê tông Hệ số  bt 10 -6 , o C -1 khi nhiệt độ đốt nóng, °C

1 Bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silicat 9,0 9,0 8,0 11,0 14,5 2 Bê tông nặng dùng cốt liệu gốc cacbonat 10,0 10,0 9,0 12,0 15,5

3 Bê tông keramzit kết cấu 8,5 8,5 7,0 5,5 4,5

CHÚ THÍCH: Các số liệu trong bảng áp dụng cho bê tông cấp cường độ chịu nén không lớn hơn B55

Bảng 4 – Hệ số co nhiệt  cs khi đốt nóng bê tông

Loại bê tông Hệ số  cs 10 -6 , o C -1 khi nhiệt độ đốt nóng, °C

1 Bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silicat 0,5 1,0 1,0 1,8 6,8 2 Bê tông nặng dùng cốt liệu gốc cacbonat 0,5 1,5 1,1 1,3 1,5

3 Bê tông keramzit kết cấu 2,0 2,0 1,5 1,5 1,5

CHÚ THÍCH: Các số liệu trong bảng áp dụng cho bê tông cấp cường độ chịu nén không lớn hơn B55

5.1.8 Các bảng từ 1 đến 4 cung cấp các số liệu về sự thay đổi các đặc trưng độ bền và biến dạng của bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silicat và cacbonat, cũng như bê tông keramzit kết cấu có cấp cường độ chịu nén không lớn hơn B55 khi chịu tác động ngắn hạn của nhiệt độ cao Đối với các loại bê tông khác, kể cả bê tông cường độ cao thì các đặc trưng này phải được xác định bằng thực nghiệm

5.1.9 Biến dạng nén tương đối của bê tông khi biểu đồ biến dạng có một dấu đều  b 0 và khi biểu đồ biến dạng hai dấu trong tiết diện thẳng góc  b 2 phụ thuộc vào trường hợp tính toán (khả năng chịu lửa hoặc khả năng bảo toàn sau cháy) lấy theo Bảng 5

Biến dạng tương đối của bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silicat được ghi trong Bảng 5 và được sử dụng khi tính toán khả năng chịu lửa và khả năng bảo toàn sau cháy của cấu kiện chịu nén

Bảng 5 – Biến dạng nén tương đối của bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silicat

Nhiệt độ đốt nóng tối thiểu bê tông chịu nén trong tiết diện, °C

Biến dạng nén tương đối của bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silicat khi tính toán Khả năng chịu lửa Khả năng bảo toàn sau cháy

CHÚ THÍCH 1: Các số liệu áp dụng cho bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silicat cấp cường độ chịu nén không lớn hơn B55

CHÚ THÍCH 2: Đối với các loại và các cấp cường độ bê tông khác thì biến dạng nén tương đối của bê tông được xác định bằng thực nghiệm.

Cốt thép

5.2.1 Cường độ tiêu chuẩn R s n , và tính toán R s , R sc và mô đun đàn hồi E s của cốt thép ở nhiệt độ bình thường lấy theo TCVN 5574:2018 [3]

5.2.2 Khi đốt nóng nhiệt độ cao ngắn hạn thì các tính chất độ bền và biến dạng của cốt thép sẽ thay đổi

Sự thay đổi cường độ chịu kéo và chịu nén của cốt thép khi bị đốt nóng theo chế độ nhiệt tiêu chuẩn được kể đến bằng hệ số điều kiện làm việc của cốt thép  s T , =  s T , theo các công thức:

5.2.3 Sự thay đổi mô đun đàn hồi của cốt thép khi tăng nhiệt độ được kể đến bằng hệ số  s :

5.2.4 Hệ số điều kiện làm việc của cốt thép  s được xác định bằng thực nghiệm đối với cốt thép từng loại Thực nghiệm đã chứng minh rằng phương pháp sản xuất cốt thép ảnh hưởng đáng kể đến sự thay đổi tính chất của nó khi đốt nóng nhiệt độ cao Các giá trị khuyến nghị của các hệ số được ghi trong Bảng 6 phụ thuộc vào nhiệt độ đốt nóng cốt thép chịu kéo và chịu nén

Loại cốt thép Hệ số

Giá trị các hệ số  s T , ,  s khi nhiệt độ đốt nóng bê tông, °C

CB240, CB300, CB400, CB500 (TCVN 1651:2018)

Các loại cốt thép khác

CHÚ THÍCH 1: Giá trị các hệ số  s T , trên tử số và hệ số  s áp dụng cho cốt thép ở trạng thái đốt nóng và được sử dụng khi tính toán khả năng chịu lửa

CHÚ THÍCH 2: Giá trị các hệ số  s T , dưới mẫu số và hệ số  s áp dụng cho bê tông ở trạng thái nguội sau khi đốt nóng và được sử dụng khi tính toán khả năng bảo toàn sau cháy

CHÚ THÍCH 3: Giá trị hệ số  s áp dụng cho trạng thái đốt nóng cốt thép Giá trị  s ở trạng thái nguội sau khi đốt nóng cốt thép lấy bằng 1,0

Đối với loại cốt thép không nằm trong bảng thì cần xác định hệ số điều kiện làm việc cho cốt thép khi bị đốt nóng và hệ số điều kiện làm việc cho cốt thép khi ở trạng thái nguội sau khi bị đốt nóng bằng phương pháp thực nghiệm Các giá trị trong bảng này cũng có thể được sử dụng để tham khảo nhằm xác định hệ số điều kiện làm việc cho các loại cốt thép khác được quy định trong các tiêu chuẩn sau: TCVN 6284-2:1997 (ISO 6394-2:1991); TCVN 6284-4:1997 (ISO 6934-4:1991); TCVN 6284-5:1997 (ISO 6934-5:1991); TCVN 6288:1997 (ISO 10544:1992).

5.2.5 Biến dạng giãn dài tương đối của cốt thép khi ứng suất trong cốt thép đạt tới cường độ tính toán được xác định như biến dạng đàn hồi theo công thức:

5.2.6 Khi nhiệt độ tăng thì hệ số giãn nhiệt của cốt thép  s T , tăng và vượt quá hệ số biến dạng nhiệt của bê tông Hệ số  s T , ứng với nhiệt độ đốt nóng khác nhau được ghi trong Bảng 7

Bảng 7 – Hệ số  s T , khi đốt nóng cốt thép Đơn vị tính bằng 1/°C

Loại cốt thép Giá trị  s T , khi nhiệt độ đốt nóng, °C

CB240, CB300, CB400, CB500, CB600

CHÚ THÍCH: Đối với các loại cốt thép khác thì hệ số biến dạng nhiệt của bê tông khi đốt nóng được xác định bằng thực nghiệm Con số trong bảng này chỉ mang tính tham khảo đối với các loại cốt thép khác quy định trong các tiêu chuẩn TCVN 6284-2:1997 (ISO 6394-2:1991); TCVN 6284-4:1997 (ISO 6934-4:1991); TCVN 6284-5:1997 (ISO 6934-5:1991); TCVN 6288:1997 (ISO 10544:1992)

6 Yêu cầu cơ bản về tính toán nhiệt kỹ thuật cho kết cấu bê tông cốt thép

6.1 Để tính toán giới hạn chịu lửa của kết cấu bê tông cốt thép, phải xác định sự phân bố nhiệt độ trong bê tông của tiết diện ngang cấu kiện do tác động của chế độ nhiệt tiêu chuẩn của đám cháy theo TCVN 9311-1 (ISO 834-1) [4]

Việc giải toán xác định độ dẫn nhiệt không ổn định là xác định nhiệt độ bê tông tại một điểm bất kỳ trên tiết diện ngang của cấu kiện sau một thời gian cụ thể tính từ lúc bắt đầu đốt nóng Phương trình vi phân về độ dẫn nhiệt mô tả hàm phụ thuộc của nhiệt độ trong vật rắn vào thời gian với các điều kiện biên phi tuyến và quá trình truyền nhiệt phức tạp giữa các khối lượng vật chất.

Các phép tính toán đốt nóng tiết diện kết cấu bê tông cốt thép thông thường được thực hiện bằng phần mềm chuyên dụng Thuật toán tính toán là hệ các phương trình để xác định nhiệt độ tại mỗi điểm nút của lưới tọa độ đặt vào tiết diện Lưới tọa độ được thiết lập sao cho các điểm nút của nó không chỉ nằm theo chiều dày tiết diện mà còn nằm theo chu vi của nó Bước lưới khuyến nghị trong khoảng 10 mm đến 30 mm, nhưng phải lớn hơn đường kính cốt thép chịu lực

6.3 Để tính toán nhiệt kỹ thuật cấu kiện bê tông cốt thép thì hệ số dẫn nhiệt , tính bằng W/(m°C), có thể được lấy như sau:

− Đối với bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silicat:

− Đối với bê tông nặng dùng cốt liệu gốc cacbonat:

− Đối với bê tông keramzit kết cấu:

25 Nhiệt dung riêng của bê tông C, tính bằng kJ/(kg°C), nên lấy bằng:

− Đối với bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silic hoặc cacbonat:

− Đối với bê tông keramzit kết cấu:

Hệ số dẫn nhiệt quy đổi a red , tính bằng m 2 /h, đặc trưng cho tốc độ đốt nóng không ổn định tiết diện bê tông của kết cấu, được xác định theo công thức:

 và C là các giá trị trung bình tính toán của hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng của bê tông ở 450 °C;

 là khối lượng thể tích khô của bê tông, kg/m 3 ;

T là nhiệt độ đốt nóng bê tông, °C;

W là độ ẩm sử dụng theo khối lượng của bê tông, kg/kg

Trong cấu kiện dùng cốt cứng khi có sự chênh lệch nhiệt độ theo chiều dài cánh và chiều cao bụng của cốt cứng thì phải kể đến độ dẫn nhiệt của thép Hệ số dẫn nhiệt của thép, tính bằng W/(m°C), được xác định theo công thức:

Nhiệt dung riêng của thép, tính bằng kJ/(kg°C), được xác định theo công thức:

6.4 Các đặc trưng nhiệt kỹ thuật quy đổi được sử dụng cho bê tông cấp cường độ chịu nén không cao hơn B55 Đối với bê tông cường độ cao hơn thì các đặc trưng nhiệt kỹ thuật cần được xác định bằng thực nghiệm

6.5 Để giải quyết đơn giản bài toán tính toán nhiệt kỹ thuật, trong các phụ lục A và B đưa ra các đường đẳng nhiệt trên các tiết diện điển hình của kết cấu bê tông cốt thép của bản, dầm và cột khi đốt nóng một phía, hai phía, ba phía và bốn phía phụ thuộc vào khoảng thời gian tác động khác nhau của chế độ nhiệt tiêu chuẩn của đám cháy

7 Đánh giá giới hạn chịu lửa về mất tính cách nhiệt của bản và tường

Yêu cầu chung

8.1.1 Giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R của kết cấu bê tông cốt thép đạt được do sự suy giảm các đặc trưng độ bền của cốt thép chịu lực và bê tông khi có tác động lửa và dẫn tới khả năng

27 chịu lực của kết cấu bị suy giảm đến giá trị tiêu chuẩn của nội lực do tải trọng mà tại đó xảy ra sự sập đổ kết cấu khi có cháy

8.1.2 Tính toán giới hạn chịu lửa kết cấu bê tông cốt thép về khả năng chịu lực R bao gồm tính toán nhiệt kỹ thuật và tính toán tĩnh học

Giải bài toán nhiệt kỹ thuật cần được tiến hành đối với khoảng thời gian cháy cho trước Trong tính toán nhiệt kỹ thuật, cần xác định nhiệt độ đốt nóng bê tông và cốt thép trên tiết diện kết cấu bê tông cốt thép với khoảng thời gian cho trước của chế độ nhiệt tiêu chuẩn với mục đích xác định các hệ số điều kiện làm việc của cốt thép và bê tông khi đốt nóng

Tính toán tĩnh học cho kết cấu chịu cháy xét tới sự thay đổi tính chất của bê tông và cốt thép do tác động nhiệt, cũng như cơ chế phá hoại cụ thể trong điều kiện cháy.

Tính toán độ bền được thực hiện dựa trên các yêu cầu cơ bản về tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo các trạng thái giới hạn thứ nhất theo TCVN 5574:2018 [3] và tiêu chuẩn này

8.1.4 Tính toán tĩnh học để xác định giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R được tiến hành với tải trọng tiêu chuẩn và cường độ tiêu chuẩn của bê tông và cốt thép dưới tác động lửa Khi đó, không kể đến tải trọng gió, cầu trục, tải trọng động và tải trọng đặc biệt vì xác suất xuất hiện đồng thời với đám cháy là thấp, và khi kể đến các tải trọng này thì dẫn đến việc gia cường kết cấu không hợp lý về kinh tế

Tải trọng tiêu chuẩn được lấy là tác dụng của tải trọng thường xuyên và tạm thời dài hạn với hệ số độ tin cậy về tải trọng bằng 1,0 [2]

Sơ đồ tác dụng của tải trọng tiêu chuẩn trong các phép tính toán khả năng chịu lửa phải phù hợp với sơ đồ trong đồ án thiết kế đã được phê duyệt trong điều kiện không bị đốt nóng

8.1.5 Trong trường hợp tổng quát, giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R được đảm bảo khi thỏa mãn điều kiện:

N n và M n tương ứng là lực dọc hoặc mô men uốn gây bởi tải trọng tiêu chuẩn (thường xuyên và tạm thời dài hạn);

Khả năng chịu lửa (N u T và M u T) là khả năng chống lại lực tác động (độ bền) của kết cấu bê tông cốt thép trong đám cháy tiêu chuẩn sau khoảng thời gian bằng giá trị R Để xác định độ phù hợp giữa các giá trị giới hạn chịu lửa yêu cầu và khả năng chịu lực R của cấu kiện bê tông cốt thép, cần tiến hành tính toán theo điều kiện (17), trong đó tính đến khoảng thời gian chịu tác động của chế độ nhiệt tiêu chuẩn tương ứng với giới hạn chịu lửa yêu cầu.

Khi xác định giới hạn chịu lửa của cấu kiện bê tông cốt thép, phương pháp xấp xỉ dần được sử dụng để tìm ra các điều kiện giới hạn trạng thái của cấu kiện khi cháy Các điều kiện này được dựa trên các giá trị khoảng thời gian đám cháy tiêu chuẩn đáp ứng điều kiện (17) đã được xác định trước.

8.1.6 Việc tính toán khả năng chịu lửa cho từng cấu kiện của kết cấu bê tông cốt thép được tiến hành theo tiết diện quy đổi, hay còn gọi là tiết diện suy giảm, khi mà tiết diện cấu kiện được chia ra thành các phần tử nhỏ đặc trưng bị đốt nóng đến các nhiệt độ khác nhau, và mỗi phần tử được quy về bê tông không bị đốt nóng có kể đến các đặc trưng suy giảm tương ứng của cường độ bê tông Đối với mỗi phần tử thì lấy hệ số  b T , nhỏ hơn 1,0 phụ thuộc vào nhiệt độ đốt nóng trung bình của bê tông trong mỗi phần tử Tiếp theo là xác định giá trị R bn T , theo công thức (1a) và R btn T , – theo công thức (2a) cho mỗi phần tử nhỏ để đưa vào các công thức tính độ bền của tiết diện thẳng góc và tiết diện nghiêng với kích thước thực

8.1.7 Có thể sử dụng phương pháp đơn giản hóa để tính toán khả năng chịu lửa của từng cấu kiện của kết cấu bê tông cốt thép, trong đó xem xét tiết diện ngang suy giảm của kết cấu bằng cách đã trừ đi chiều dày lớp bê tông bị đốt nóng ở nhiệt độ vượt quá nhiệt độ tới hạn

Nhiệt độ đốt nóng tới hạn ảnh hưởng đến đặc tính bê tông Đối với bê tông nặng, dùng cốt liệu gốc silicat có nhiệt độ tới hạn là 500 °C, khi đạt đến nhiệt độ này, cấu trúc bê tông sẽ hư hỏng và các đặc trưng độ bền giảm đáng kể Tương tự, bê tông keramzit kết cấu và bê tông nặng dùng cốt liệu gốc cacbonat có nhiệt độ tới hạn là 600 °C, tại nhiệt độ này, bê tông cũng bị hư hỏng và suy giảm độ bền.

Khi sử dụng phương pháp tính toán đơn giản hóa thì giá trị hệ số điều kiện làm việc của bê tông chịu nén  b T , lấy bằng 1,0 ( = b T , 1,0) khi đốt nóng bê tông đến nhiệt độ tới hạn và lấy bằng 0 ( = b T , 0) khi đốt nóng bê tông đến nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ tới hạn

Khi sử dụng phương pháp tính toán đơn giản hóa thì diện tích suy giảm tính toán của tiết diện ngang bê tông của kết cấu được giới hạn bởi đồ thị đẳng nhiệt của nhiệt độ đốt nóng tới hạn của bê tông T b cr , và hệ số điều kiện làm việc của bê tông  b T , trong tiết diện suy giảm lấy bằng 1,0

Trong phương pháp tính toán đơn giản hóa, kích thước tiết diện suy giảm của cấu kiện bê tông cốt thép được xác định theo các công thức từ (18) đến (25), trong các công thức tính độ bền tiết diện thẳng góc và tiết diện nghiêng thì lấy các thông số: R bn , R btn , b T , h T , b f T  , , h f T  , , A red và h 0,T

Kết cấu tĩnh định

Cấu kiện phẳng chịu uốn (bản, tấm)

8.2.1.1 Cấu kiện bê tông cốt thép phẳng chịu uốn, thông thường, chịu tác động của đám cháy từ một phía

Sự phá hoại của bản phẳng bê tông cốt thép kê trên hai cạnh đối diện nhau khi bị đốt nóng một phía từ dưới lên xảy ra với sự hình thành khớp dẻo ở giữa nhịp do sự suy giảm cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của cốt thép tới giá trị ứng suất làm việc gây bởi tải trọng tiêu chuẩn Sơ đồ nội lực trong tiết diện thẳng góc với trục dọc của bản tại giữa nhịp được thể hiện trên Hình 5a

Mô men M u T , của cấu kiện phẳng chịu uốn ở trạng thái cân bằng giới hạn khi có tác động của đám cháy được xác định theo công thức:

Khi đó chiều cao vùng chịu nén được xác định theo công thức:

Trong các bản có hàm lượng cốt thép lớn khi   R thì mô men giới hạn tại tiết diện giữa nhịp được phép xác định theo công thức:

Chiều cao vùng chịu nén x T được xác định theo công thức (27) a) Bản kiểu dầm, tại giữa nhịp b) Bản công xôn, tại gối tựa

Hình 5 – Sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất trong tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện khi bị đốt nóng từ phía dưới lên

8.2.1.2 Đối với cấu kiện bê tông cốt thép tĩnh định chịu uốn thì việc đánh giá giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R có thể quy về việc xác định giá trị nhiệt độ đốt nóng tới hạn của cốt thép chịu lực khi kéo T s cr ,

Nhiệt độ đốt nóng tới hạn Tsc, là nhiệt độ tới hạn trong vùng chịu kéo của cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn, tại đó khớp dẻo được hình thành ở giữa nhịp và cấu kiện đạt đến giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R.

500 °C – đối với cốt thép cán nóng không ứng suất trước;

400 °C – đối với cốt thép biến dạng nguội

Giá trị tới hạn của hệ số điều kiện làm việc của cốt thép chịu kéo khi x T  R h 0, T được tính theo các công thức:

− Khi bố trí cốt thép đơn:

− Khi bố trí cốt thép kép:

M n là mô men do tải trọng tiêu chuẩn; x T được xác định theo công thức (27)

Sau khi biết được giá trị tới hạn của hệ số điều kiện làm việc của cốt thép chịu lực  s T cr , , thì xác định nhiệt độ đốt nóng tới hạn của cốt thép T s cr , theo Bảng 6 phụ thuộc vào cấp cường độ cốt thép

Để xác định thời gian chịu lửa, tìm giá trị nhiệt độ tới hạn của cốt thép trên trục tung và kẻ đường ngang đến khi cắt đường cong đốt nóng của bê tông Từ điểm giao cắt, hạ đường vuông góc đến trục nằm ngang để tìm thời gian tuân theo chế độ nhiệt tiêu chuẩn (tính bằng phút), tương ứng với giới hạn chịu lửa R về mất khả năng chịu lực.

8.2.1.3 Giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R của tấm nhiều lỗ được lấy như đối với các tấm đặc nhân với hệ số 0,9 là hệ số đã được thiết lập dựa trên kết quả thử nghiệm chịu lửa một loạt tấm nhiều lỗ chế tạo trong nhà máy Khi chiều dày tấm từ 150 mm đến 220 mm, đường kính lỗ rỗng từ 80 mm đến 160 mm và chiều dày lớp bê tông tính từ mép gần nhất của tiết diện đến trọng tâm cốt thép từ 20 mm đến 40 mm thì hệ số giảm thời gian đốt nóng cốt thép tới nhiệt độ tới hạn trong các tấm nhiều lỗ dao động trong khoảng từ 0,85 đến 0,92 Giá trị được chấp nhận là 0,9 - là giá trị giảm trung bình của giới hạn chịu lửa của tấm nhiều lỗ theo dấu hiệu về mất khả năng chịu lực R

Giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R của tấm nhiều lỗ khi có tác dụng của tải trọng phân bố đều có thể đạt tới do hình thành khớp dẻo tại tiết diện giữa nhịp gây bởi tác dụng của mô men uốn, cũng như tại tiết diện nghiêng nguy hiểm gây bởi tác dụng của lực cắt

Mô men hình thành khớp dẻo tại tiết diện giữa nhịp được xác định theo các công thức (26) và (28), trong đó thay chiều rộng sườn b bằng chiều rộng cánh chịu nén b f và giá trị mô men thu được cần được nhân với hệ số 0,9

Tính toán khả năng chịu lửa khi có tác dụng của mô men uốn tại tiết diện nghiêng nguy hiểm được tiến hành theo điều kiện (99) của [3] Giá trị mô men thu được cần được nhân với hệ số 0,9

Khi có tác động lửa, mô men chịu bởi cốt thép dọc cắt qua miền chịu kéo của tiết diện nghiêng được xác định theo công thức (100) Ngoài ra, nội lực N tác động lên thanh cốt thép neo có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 32mm trong vùng neo được tính toán theo công thức tương ứng.

1 là hệ số kể đến ảnh hưởng của loại bề mặt cốt thép, lấy bằng:

33 1,5 – đối với cốt thép trơn;

2,0 – đối với cốt thép uốn nguội có gờ;

2,5 – đối với cốt thép cán nóng có gờ

R là cường độ chịu kéo dọc trục tiêu chuẩn của bê tông, xác định theo công thức (2a), trong đó hệ số điều kiện làm việc của bê tông chịu kéo  bt T , lấy phụ thuộc vào nhiệt độ bê tông bằng nhiệt độ thanh cốt thép neo tại gối tựa

R sn T là cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của cốt thép, xác định theo công thức (5a), trong đó hệ số điều kiện làm việc của cốt thép  s T , lấy phụ thuộc vào nhiệt độ đốt nóng cốt thép trong vùng neo, lấy bằng:

0,8T s - khi bản kê lên xà bê tông cốt thép hoặc tường;

Khoảng cách từ đuôi thanh thép neo đến tiết diện ngang đang xét của bản là l s.Khoảng cách này được lấy làm chiều dài neo (không nhỏ hơn 15 d s và 200 mm) cần thiết để truyền lực trong cốt thép N s sang bê tông Chu vi tiết diện ngang của thanh thép neo là u s, được xác định theo đường kính danh định.

 là hệ số kể đến ảnh hưởng của trạng thái ứng suất trong bê tông và cốt thép và giải pháp cấu tạo cấu kiện trong vùng neo tới chiều dài neo Khi neo thanh thép có gờ với đầu mút để thẳng hoặc cốt thép trơn có móc hoặc chữ L mà không dùng các cơ cấu neo bổ sung thì lấy bằng 1,0 đối với thanh chịu kéo và bằng 0,75 đối với thanh chịu nén

Mô men chịu bởi cốt thép đai trong phạm vi vùng chịu kéo của tiết diện nghiêng dưới tác động lửa được xác định theo công thức (101) của TCVN 5575:2018 [3]

Giới hạn chịu lửa của tấm nhiều lỗ được lấy bằng giá trị nhỏ nhất trong các giá trị giới hạn chịu lửa khi hình thành khớp dẻo tại giữa nhịp và tại đầu vết nứt xiên

Cấu kiện dạng thanh chịu uốn (dầm, xà gồ, xà)

8.2.2.1 Khi cháy, thông thường, dầm chịu tác động đốt nóng từ ba phía (từ dưới lên và từ hai mặt bên) Khi đó xảy ra sự đốt nóng cốt thép chịu kéo và chịu nén, cũng như bê tông vùng chịu nén (Hình 6) Đối với dầm đơn giản một nhịp, sự phá hoại dầm xảy ra do hình thành khớp dẻo tại giữa nhịp

Khi đánh giá giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R của dầm tựa khớp tiết diện chữ nhật, các mômen uốn M u, lực cắt T được xác định theo các công thức (26) và (27) Trong đó, thay chiều rộng b bằng chiều rộng quy đổi của dầm b T tính được theo công thức (18) Chiều rộng quy đổi này phụ thuộc vào hình dạng tiết diện của dầm, có thể là tiết diện chữ nhật, tiết diện chữ T với vùng chịu nén ở cánh hoặc tiết diện chữ T với vùng chịu nén ở sườn.

Hình 6 – Sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất xuất hiện trên tiết diện thẳng góc của cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn do tác động lửa ba phía khi tính toán khả năng chịu lửa

8.2.2.2 Độ bền của cấu kiện chịu uốn chữ T và chữ I được xác định phụ thuộc vào vị trí vùng chịu nén: a) Nếu biên vùng chịu nén đi qua cánh (Hình 6b), nghĩa là tuân thủ điều kiện:

Khi biên vùng nén nằm trong lòng tiết diện (Hình 6b), giá trị M u T được xác định theo công thức (26) và (28) như trường hợp tiết diện chữ nhật có chiều rộng b f T  , trong đó chiều rộng cánh b f T  tính theo công thức (19) Trong trường hợp biên vùng nén nằm ngoài sườn (Hình 6c), giá trị M u T tính toán theo công thức khác.

M R b x h x R b b h h h R A h a (33) khi đó, chiều cao vùng chịu nén của bê tông x T khi bị đốt nóng được xác định theo công thức:

8.2.2.3 Khi dầm được bố trí cốt thép với các cấp cường độ khác nhau, hoặc với nhiều lớp ở các mức khác nhau dẫn tới cốt thép bị đốt nóng không như nhau Trong trường hợp này, nếu   R thì giá trị

M u T được xác định theo công thức:

8.2.2.4 Nhiệt độ tới hạn của cốt thép chịu kéo phía dưới của dầm tĩnh định khi   R sẽ quyết định thời điểm đạt tới giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R

Giá trị tới hạn của hệ số điều kiện làm việc của cốt thép chịu kéo được tính như sau:

− Đối với dầm tiết diện chữ nhật khi bố trí cốt thép đơn (không kể đến cốt thép chịu nén): theo công thức (29);

− Đối với dầm tiết diện chữ nhật có kể đến cốt thép chịu nén: theo công thức (30);

− Đối với dầm tiết diện T khi biên vùng chịu nén đi qua sườn: theo các công thức

Giá trị chiều cao vùng chịu nén x T khi cháy được xác định theo các công thức (27) và (34), chiều rộng quy đổi của dầm b T – theo công thức (18), chiều rộng cánh b f T  , – theo công thức (19)

36 Khi biết được giá trị tới hạn của hệ số điều kiện làm việc của cốt thép  s cr , thì xác định nhiệt độ đốt nóng tới hạn của cốt thép T s cr , đối với thanh cốt thép ngoài cùng của dầm theo Bảng 6 phụ thuộc vào cấp cường độ cốt thép Sau khi biết được khoảng cách đến trục cốt thép dưới và cốt thép mặt bên của dầm thì tìm trong các đồ thị đốt nóng dầm (các hình từ B.7 đến B.22) một sơ đồ đốt nóng dầm mà ở đó nhiệt độ bê tông bằng nhiệt độ tới hạn tại trục thanh cốt thép ngoài cùng Trên sơ đồ này ở phía trên chỉ khoảng thời gian của đám cháy tiêu chuẩn mà phù hợp với giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R của dầm

Với các giá trị trung gian của nhiệt độ T scr, giới hạn chịu lửa không thể xác định theo biểu đồ đốt nóng dầm Trong trường hợp này, giới hạn chịu lửa được xác định bằng nội suy tuyến tính.

Cấu kiện chịu nén (cột, tường)

8.2.3.1 Cột đứng độc lập, thông thường, chịu tác động lửa từ bốn phía Cột nằm trong tường có thể chịu tác động lửa của đám cháy từ một, hai và ba phía

Khi tính toán chịu lửa cho cột thì các tải trọng gió và cầu trục (khi chúng có mặt) không được kể đến

Tác động của lửa làm nhiệt độ phân bố không đều trên tiết diện cột bê tông Bề mặt bê tông nóng hơn phần lõi, dẫn đến suy giảm cường độ và biến dạng lớn ở mép tiết diện Ngược lại, lõi bê tông có nhiệt độ thấp hơn, duy trì cường độ cao và biến dạng ít hơn Khi chịu nén, bê tông ở vùng nóng yếu hơn sẽ bị phá hoại trước, trong khi bê tông lõi cường độ cao có khả năng chịu biến dạng nén gần với giới hạn cho phép.

Trong cốt thép nằm ở gần biên tiết diện cột, khi nhiệt độ đốt nóng cao thì biến dạng dẻo phát triển nhiều hơn và nó dừng tiếp nhận nội lực gây bởi ngoại lực truyền vào bê tông bị đốt nóng ít hơn ở vùng lõi cột

8.2.3.2 Tính toán độ bền khi có tác động lửa bốn phía của tiết diện chữ nhật của cột chịu nén lệch tâm với cốt thép nằm ở cạnh đối diện của tiết diện trong mặt phẳng uốn, khi độ lệch tâm của lực dọc

0 30 e h và độ mảnh  =l 0 h T 20được tiến hành theo công thức:

A red là diện tích quy đổi của tiết diện suy giảm, được xác định theo công thức (24);

A là diện tích tiết diện toàn bộ cốt thép dọc trong tiết diện;

 là hệ số uốn dọc của cấu kiện, xác định theo 8.2.3.3

8.2.3.3 Hệ số uốn dọc  của cột tiết diện chữ nhật và tiết diện tròn khi đốt nóng cần được lấy phụ thuộc vào tỉ số chiều dài tính toán của cột l 0 trên chiều cao quy đổi h T hoặc trên đường kính quy đổi d T theo Bảng 8

Bảng 8 – Hệ số uốn dọc  l 0 h T 6 đến 12 16 20 l 0 d T 5 đến 10 14 17

 cho bê tông keramzit kết cấu 0,85 0,68 0,55

Diện tích quy đổi của tiết diện tròn suy giảm:

Chiều cao quy đổi của tiết diện h T được xác định theo công thức (21) hoặc (23)

Chiều sâu đốt nóng bê tông a T đối với cột tròn được tìm theo Hình 4 với d T bằng 0,9 b T , và giá trị a T tìm được cần được nhân với hệ số 1,11

8.2.3.4 Tính toán độ bền tiết diện chữ nhật của cột chịu nén lệch tâm chịu tác động lửa được tiến hành theo điều kiện:

Chiều cao vùng chịu nén được xác định theo công thức (Hình 7):

Khi có tác động bốn phía của đám cháy thì chiều cao làm việc quy đổi của tiết diện được xác định theo công thức h 0,T = − −h a a T

Chiều rộng quy đổi b T trong các công thức từ (41) đến (43) được xác định theo công thức (18)

38 a) Đốt nóng từ ba phía b) Đốt nóng từ bốn phía

Hình 7 – Sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất trên tiết diện thẳng góc của cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm

8.2.3.5 Độ lệch tâm hoặc khoảng cách từ điểm đặt lực dọc N n đến trọng tâm tiết diện cốt thép chịu kéo hoặc chịu nén ít hơn khi có tác động lửa được xác định theo công thức:

Hai số hạng đầu tiên trong công thức (44) được xác định theo 8.1.2.4.1 của [3] có kể đến sự thay đổi các đặc trưng độ bền và biến dạng của bê tông và cốt thép khi bị đốt nóng Khi đó, mô đun đàn hồi của bê tông E b T , được xác định theo công thức (3) tại trọng tâm của tiết diện suy giảm, mô đun đàn hồi của cốt thép E s T , – theo công thức (7) e T là độ lệch tâm bổ sung (hoặc độ võng ngang) do tác động lửa khi đốt nóng không đều từ một, hai, hoặc ba phía theo chiều cao tiết diện của cột chịu nén lệch tâm được xác định theo công thức:

Khi đốt nóng từ bốn phía: e T =0 Đối với cột ngàm cố định hai đầu (không xoay): l 0 =0,5l; a=0,55 Đối với cột ngàm cố định hai đầu với góc xoay hạn chế: l 0 =0,8l; a=0,7 Đối với cột tựa khớp hai đầu: l 0 =l; a=1,0

Hệ số  b T , lấy theo Bảng 3 phụ thuộc vào nhiệt độ bê tông ở biên chịu nén bị đốt nóng ít hơn của tiết diện và  s T , – theo Bảng 7 phụ thuộc vào nhiệt độ cốt thép ở gần biên bị đốt nóng

8.2.3.6 Độ lệch tâm hoặc khoảng cách từ điểm đặt lực dọc N n đến trọng tâm tiết diện cốt thép chịu kéo hoặc chịu nén ít hơn của cột khi chịu tác động lửa bốn phía được phép xác định theo công thức:

E b được xác định theo công thức (86);

I red được xác định theo công thức (162) của [3] có kể đến công thức (85)

8.2.3.7 Tính toán khả năng chịu lửa của cột có bố trí cốt thép hạn chế biến dạng ngang cần được thực hiện theo công thức (39) hoặc (41), trong đó thay R bn bằng cường độ lăng trụ quy đổi R bn red , , Giá trị R bn red , được xác định có kể đến ảnh hưởng của tác động lửa đến cường độ tiêu chuẩn của thép làm lưới thép hoặc cốt thép xoắn ốc

8.2.3.8 Tường bê tông cốt thép chịu lực tiết diện đặc làm việc chịu nén lệch tâm khi nó có độ mảnh

83(hoặc l 0 h24), chịu tác động lửa từ một phía, có gối tựa cứng cố định và khi lực nén dọc được đặt với độ lệch tâm ban đầu hoặc ngẫu nhiên từ phía bề mặt bị đốt nóng Giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực đạt được khi độ võng ngang của tường hướng về phía không bị đốt nóng Độ võng ngang của tường do bị đốt nóng không đều theo chiều cao tiết diện không được kể đến trong tính toán khi nó hướng về phía bị đốt nóng và làm giảm độ lệch tâm của lực nén dọc

8.2.3.9 Khi có tác động lửa một phía và với gối cứng thì độ bền cấu kiện phẳng chịu nén lệch tâm khi lực dọc đặt lệch tâm lớn (Hình 8) có =x T h 0, T  R được xác định theo các công thức từ (41) đến (43), trong đó thay b T bằng b = 1 000 mm

40 a) Kích thước tính toán của tường b) Sơ đồ phá hoại tường khi có tác động lửa từ một phía c) Sơ đồ tiết diện tường khi tính toán chịu lửa Hình 8 - Tường bê tông cốt thép có góc xoay tiết diện gối tựa hạn chế

8.2.3.10 Trong điều kiện cháy, không phải lúc nào cũng xảy ra sự đốt nóng cả hai phía của tường bê tông cốt thép Trong trường hợp đốt nóng đồng thời từ hai phía thì trong tường bê tông cốt thép thực tế là không xuất hiện độ võng ngang do nhiệt (độ lệch tâm e T ), và tường làm việc chịu nén Giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R của tường đó sẽ lớn hơn khi bị đốt nóng một phía.

Cấu kiện chịu kéo

8.2.4.1 Trong kết cấu chịu lực của giàn và vòm có thể có các cấu kiện bê tông cốt thép làm việc chịu kéo đúng tâm và kéo lệch tâm Thông thường, các cấu kiện này bị đốt nóng từ tất cả các phía trong thời gian cháy

8.2.4.2 Việc đánh giá giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R của cấu kiện chịu kéo tiết diện chữ nhật khi chịu tác động lửa đồng thời tất cả các phía được thực hiện theo điều kiện:

N n là lực kéo dọc do ngoại lực tiêu chuẩn;

N u T là giá trị lực dọc giới hạn mà cấu kiện có thể chịu được và được xác định theo công thức:

A là diện tích tiết diện toàn bộ cốt thép dọc chịu kéo;

- Khi kéo lệch tâm và lực dọc đặt giữa các lực trong cốt thép S và S’ (Hình 9a):

- Khi lực dọc đặt ngoài phạm vi khoảng cách giữa các lực trong cốt thép S và S’ (Hình 9b):

Chiều cao vùng chịu nén khi đốt nóng x T bằng:

Nếu x T  R h 0, T thì trong công thức (55) thay x T = R h 0, T Độ lệch tâm của lực dọc hoặc khoảng cách e từ lực kéo dọc đến hợp lực trong cốt thép được xác định theo công thức (44) không kể đến hệ số  vì không có độ võng ngang bổ sung do lực kéo, và không có độ lệch tâm bổ sung của lực dọc e T vì không có biến dạng ngang phát sinh do đốt nóng không đều khi có tác động lửa bốn phía a) Lực dọc đặt giữa lực trong các cốt thép A s và A s

Hình 9 – Sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất trên tiết diện thẳng góc của cấu kiện bê tông cốt thép chịu kéo lệch tâm, khi có tác động lửa từ bốn phía khi tính toán chịu lửa

42 b) Lực dọc đặt ngoài phạm vi khoảng cách giữa các lực trong các cốt thép A s và A s

Cấu kiện bê tông cốt thép khi chịu tác dụng của lực cắt

Tính toán chịu lửa về khả năng chịu lực cấu kiện bê tông cốt thép khi có tác dụng của lực cắt trong điều kiện tác động lửa được tiến hành trên cơ sở mô hình tiết diện nghiêng theo 8.1.3.1 đến 8.1.3.3 của [3] Khi đó, trong các công thức tính toán thì thay b bằng giá trị b T (Hình 10) Giá trị b T được xác định theo công thức (18) Giá trị các hệ số điều kiện làm việc  b T , và  bt T , lấy theo giá trị nhiệt độ trung bình của bê tông tiết diện ngang

Hình 10 – Sơ đồ nội lực khi tính toán cấu kiện bê tông cốt thép theo tiết diện nghiêng

Tính toán chọc thủng cấu kiện bê tông cốt thép

8.2.6.1 Khi có tác động lửa một phía từ dưới lên thì tính toán chọc thủng cấu kiện phẳng (bản) bê tông cốt thép được tiến hành theo 8.1.6.1 của [3] có kể đến cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông

R và của cốt thép ngang R sw T ,

43 Việc kể đến ảnh hưởng của tác động nhiệt độ cao lên bê tông được tiến hành theo các công thức (2a), (2b) và (2c) Khi đó, giá trị hệ số điều kiện làm việc của bê tông chịu kéo khi đốt nóng  bt T , lấy theo giá trị trung bình số học của nhiệt độ đốt nóng bê tông các phần tử nhỏ được chia theo chiều cao từ tiết diện bản (Hình 11)

Việc kể đến ảnh hưởng của tác động nhiệt độ cao lên cốt thép được tiến hành theo công thức (5a) và (5b) Hệ số điều kiện làm việc của cốt thép khi đốt nóng  s T , lấy theo Bảng 6 đối với giá trị lớn nhất của nhiệt độ cốt thép ngang

1 – Tiết diện ngang tính toán;

2 – Đường bao tiết diện ngang tính toán;

3 – Đường cong nhiệt độ đốt nóng bê tông theo chiều cao bản;

4 – Nhiệt độ trung bình của mỗi phần tử;

Hình 11 – Mô hình quy ước để tính toán chọc thủng bản

Kết cấu siêu tĩnh

8.3.1 Đối với các cấu kiện chịu uốn của kết cấu siêu tĩnh làm bằng bê tông cốt thép toàn khối (bản, dầm, xà, cột) thì giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R phải được xác định có kể đến độ cứng của nút liên kết các cấu kiện và đặc thù của sơ đồ phá hoại Đối với nhà và công trình nhiều tầng, nhiều nhịp khi có cháy cục bộ tại một nhịp hoặc trên một tầng thì tác dụng tương hỗ của các cấu kiện toàn khối liền nhau có thể dẫn tới xuất hiện nội lực bổ sung trong các nhịp khác, nơi đám cháy không xảy ra

Nội lực trong hệ kết cấu chịu uốn do tác động của tải trọng và lửa được tính toán theo các công thức cơ học kết cấu áp dụng cho hệ đàn hồi.

Chuyển vị trong hệ cơ bản, gây bởi tác động nhiệt theo hướng thứ i, bằng: l l

M i và N i là mô men uốn và lực dọc tại tiết diện của phần tử thứ x của hệ cơ bản do tác dụng của lực đơn vị tương ứng theo hướng thứ i;

( ) 1 r Tx ,  Tx lần lượt là độ cong do nhiệt và biến dạng do nhiệt của phần tử thứ x gây bởi tác động lửa

8.3.3 Mô men uốn do nhiệt gây bởi đốt nóng không đều theo chiều cao tiết diện của cấu kiện ngàm tại gối tựa, cũng như của cấu kiện trong các khung kín dạng vành khuyên, vuông và chữ nhật có tiết diện như nhau, được xác định theo công thức:

( ) 1 r T là độ cong do nhiệt;

D là độ cứng tiết diện ở trạng thái giới hạn độ bền

Biến dạng nhiệt dọc trục là hiện tượng giãn nở hoặc co ngót của cấu kiện bê tông cốt thép dọc theo trục của nó do sự thay đổi nhiệt độ Trong trường hợp gối tựa cố định, biến dạng nhiệt dọc trục có thể gây ra ứng suất nén lớn tại gối tựa Ngoài ra, do giãn nhiệt của xà, lực nén trong các cột có thể bị lệch tâm, dẫn đến ứng suất không đều và giảm khả năng chịu lực của cột.

Trong các kết cấu siêu tĩnh, tải trọng và tác động lửa tương tác gây ra sự phân phối lại nội lực Để tính toán trong hệ đàn hồi, cần tính đến sự phân phối lại này thông qua phương pháp cân bằng giới hạn.

Sự phân phối lại nội lực xảy ra do sự phát triển biến dạng dẻo của cốt thép trong bê tông và sự hình thành và mở rộng vết nứt tại thời điểm một phần tử của hệ mất khả năng chịu lực

Nội lực trong mỗi phần tử kết cấu được giới hạn bởi điều kiện giới hạn mà khi đạt tới thì biến dạng của các phần tử này có thể tăng đáng kể, từ đó hình thành các khớp dẻo Các khớp dẻo biến kết cấu siêu tĩnh thành kết cấu tĩnh định mà trong đó sự tăng biến dạng xảy ra khi nội lực không tăng Kết cấu siêu tĩnh ở trạng thái cân bằng giới hạn cần được biểu diễn bằng cách phân chia ra thành các phần bằng các khớp dẻo

Khi cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn được ngàm tại gối tựa tác động nhiệt một phía từ dưới lên, mô men âm do nhiệt hình thành, gây ra khớp dẻo (vết nứt) tại gối tựa Hiện tượng này xảy ra do mô men do tải trọng kết hợp với chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao tiết diện tạo nên.

45 a) Mô men do tải trọng phân bố đều b) Mô men do nhiệt gây bởi tác động nhiệt c) Mô men tác dụng trong cấu kiện trước khi hình thành các khớp dẻo đầu tiên tại gối tựa d) Tổng mô men khi hình thành khớp dẻo tại nhịp Hình 12 – Mô men trong cấu kiện siêu tĩnh

8.3.6 Nội lực do nhiệt độ ảnh hưởng tới sự hình thành các khớp dẻo, nhưng giá trị mô men do nhiệt độ giảm xuống 50 % do sự phát triển biến dạng dẻo của bê tông và cốt thép đã bị đốt nóng đến nhiệt độ cao Mô men hình thành khớp dẻo tại gối tựa được xác định theo công thức: sup, hinge sup 0,5 T

M là mô men hình thành khớp dẻo tại gối tựa;

M sup và M T lần lượt là mô men gối tựa do tải trọng và do đốt nóng

Tại nhịp, mô men do tải trọng giảm xuống do xuất hiện mô men nhiệt có dấu ngược lại Sau khi hình thành các khớp dẻo tại các gối tựa, cấu kiện bê tông cốt thép biến thành kết cấu tĩnh định Mô men nhiệt tại nhịp giảm xuống và chỉ còn mô men do tải trọng Sự phá hoại hoàn toàn cấu kiện xảy ra khi hình thành khớp dẻo tại giữa nhịp do biến dạng dẻo của cốt thép tăng đột biến ứng với các giá trị tải trọng và nhiệt độ đốt nóng cao hơn so với trong dầm tĩnh định

8.3.7 Sự suy giảm độ bền tiết diện gối tựa xảy ra do bê tông vùng chịu nén và cốt thép bị đốt nóng đến nhiệt độ cao

Khi đốt nóng từ ba phía tiết diện gối tựa của dầm siêu tĩnh thì bê tông vùng chịu nén ở biên dưới và các biên bên đã bị đốt nóng đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn không còn làm việc Độ bền tiết diện gối tựa giảm xuống, về cơ bản, do bê tông vùng chịu nén đã bị đốt nóng đến nhiệt độ tới hạn và dẫn đến sự suy giảm chiều cao làm việc của tiết diện (Hình 13)

Chiều sâu đốt nóng bê tông a T đến nhiệt độ tới hạn ở các biên bị đốt nóng của tiết diện dầm thể hiện trên Hình 1

Hình 13 trong bài viết minh họa sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất tác động lên tiết diện gối tựa vuông góc với trục dọc của cấu kiện bê tông cốt thép siêu tĩnh khi chịu tác động nhiệt từ ba phía vùng chịu nén trong điều kiện cháy Sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất này cung cấp thông tin về sự phân bố lực và ứng suất trong kết cấu khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, giúp đánh giá khả năng chịu lửa của cấu kiện.

8.3.8 Độ bền các tiết diện nhịp bị giảm xuống do cốt thép chịu kéo bị đốt nóng đến nhiệt độ tới hạn

Sự phá hoại tiết diện xảy ra do sự giảm cường độ tiêu chuẩn của cốt thép bị đốt nóng đến ứng suất làm việc Sự phá hoại trước thời hạn của vùng chịu nén của các tiết diện nhịp đến khi bắt đầu tăng biến dạng dẻo của cốt thép không xảy ra vì nó ở trạng thái chịu tác dụng của nội lực nhỏ hơn nội lực trước khi bắt đầu chịu tác động lửa Độ bền tiết diện nhịp của dầm siêu tĩnh dưới tác động lửa ba phía được tính theo công thức (26)

8.3.9 Giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R của cấu kiện siêu tĩnh chịu uốn được đảm bảo khi các điều kiện sau được thỏa mãn:

M n là mô men uốn tiêu chuẩn do ngoại lực (tải trọng thường xuyên và tạm thời dài hạn);

Đánh giá chung

9.1.1 Giới hạn chịu lửa về mất tính toàn vẹn E được đặc trưng bởi sự hình thành các lỗ xuyên hoặc các vết nứt xuyên trong bê tông của kết cấu bê tông cốt thép do sự phá hoại giòn của nó (dạng nổ) khi cháy hoặc do sự phá hỏng cấu trúc của bê tông trong kết cấu vì bê tông bị đốt nóng theo chiều dày cấu kiện đến nhiệt độ tới hạn

Khả năng xảy ra giới hạn chịu lửa về mất tính toàn vẹn E được đánh giá bằng thực nghiệm hoặc giải tích

9.1.2 Trong các bản, tường, hoặc bụng các dầm chữ I khi bị đốt nóng hai phía thì giới hạn chịu lửa về mất tính toàn vẹn với sự hình thành các vết nứt xuyên sẽ xảy ra khi tiết diện bê tông bị đốt nóng theo chiều dày đến nhiệt độ đốt nóng tới hạn, khi cấu trúc bê tông hoàn toàn bị phá vỡ Việc đánh giá khả năng mất tính toàn vẹn do xuất hiện bê tông bị nóng theo chiều dày quá nhiệt độ tới hạn khi cháy được tiến hành bằng cách phân tích nhiệt độ đốt nóng cấu kiện trên toàn bộ tiết diện (các phụ lục A và B) Nhiệt độ đốt nóng tới hạn của bê tông được nêu trong 8.1.7

9.1.3 Sự phá hoại giòn dạng nổ khi cháy xuất hiện trong kết cấu bê tông và bê tông cốt thép làm từ bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silicat có độ ẩm lớn hơn 3 % đến 5 %, cốt liệu gốc cacbonat có độ ẩm lớn hơn 4 %, bê tông keramzit nhẹ kết cấu có độ ẩm lớn hơn 5 % và khối lượng thể tích lớn hơn 1 200 kg/m 3 , bê tông cường độ cao hơn B60, cũng như trong bản, tường và bụng dầm chữ I khi bê tông trong tiết diện tính toán bị đốt nóng hai phía cao hơn nhiệt độ đốt nóng tới hạn

Phá hoại giòn dạng nổ xảy ra 5-15 phút sau tác động nhiệt, kéo dài 20-45 phút Các mảnh vỡ bề mặt kết cấu bị đốt nóng, diện tích 1 cm2 đến 1 m2, dày 15 mm, gây ra tiếng nổ lớn Vùng kết cấu bị phá hoại có thể nổ nhiều lần, cách nhau 5-15 phút Quá trình này làm giảm tiết diện kết cấu, đốt nóng cốt thép, bong và cháy cốt thép lộ ra khỏi bề mặt.

9.1.4 Sự phá hoại giòn dạng nổ khi cháy dẫn đến sự suy giảm giới hạn chịu lửa vì:

− Sự giảm kích thước tiết diện bê tông của kết cấu;

− Sự tăng ứng suất trong phần tiết diện bị hư hỏng;

− Sự giảm chiều dày hoặc phá hoại hoàn toàn lớp bê tông bảo vệ;

− Sự đốt nóng mạnh cốt thép hở cao hơn nhiệt độ tới hạn;

− Sự hình thành các vết nứt và các lỗ xuyên trong kết cấu thành mỏng có chiều dày 40 mm đến 100 mm (bụng dầm chữ I, bản sàn và mái, sườn của các bản sàn sườn)

Nguyên nhân phá hoại giòn dạng nổ của bê tông khi cháy là sự hình thành các vết nứt trong cấu trúc bê tông và sự phát triển không cân bằng các vết nứt này dưới tác động của ngoại lực đốt nóng không đều và nội áp lực do hơi nước bị kìm hãm theo chiều dày tiết diện cấu kiện

9.1.5 Sự phá hoại giòn dạng nổ của bê tông khi cháy phụ thuộc vào loại cốt liệu, độ rỗng, độ ẩm, tính chất vật lý của bê tông và tốc độ đốt nóng khi cháy

9.1.6 Khi thiết kế cần đánh giá khả năng xuất hiện phá hoại giòn dạng nổ của bê tông khi cháy và ảnh hưởng của nó đến giới hạn chịu lửa của kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, có biện pháp ngăn ngừa sự phá hoại giòn của bê tông kết cấu về tổng thể

Nguy cơ phá hoại giòn bê tông thực tế có thể giảm đến tối thiểu khi thực hiện các biện pháp thích hợp Đánh giá khả năng xuất hiện phá hoại giòn dạng nổ của bê tông trong kết cấu bê tông cốt thép khi cháy cho phép được tiến hành theo Hình 18 theo ứng suất nén không phụ thuộc vào loại bê tông

Hình 18 – Quan hệ giữa sự phá hoại giòn của bê tông với ứng suất nén trong bê tông và chiều dày cấu kiện

Đánh giá tổng thể khả năng phá hoại giòn của bê tông khi cháy

9.2.1 Đánh giá tổng thể khả năng phá hoại giòn của bê tông khi cháy có thể được tiến hành chỉ ở giai đoạn lựa chọn thành phần bê tông với các nguyên liệu đã biết

Khả năng phá hoại giòn của bê tông khi cháy được đánh giá theo giá trị tiêu chí phá hoại giòn F, được xác định dựa trên công thức cụ thể Giá trị F càng cao, khả năng chịu lực của bê tông dưới tác động của nhiệt độ càng tốt, do đó bê tông càng bền bỉ trong điều kiện hỏa hoạn.

K P (72) trong đó: a là hệ số tỉ lệ, bằng 1,16×10 -2 Wm 5/2 /kg;

 b T , là hệ số giãn nhiệt của bê tông, °C -1 ;

E b T là mô đun đàn hồi của bê tông bị đốt nóng, MPa;

 là khối lượng thể tích của bê tông, kg/m 3 ;

K 1 là hệ số mật độ giả ứng suất của vật liệu không đồng nhất, MNm -3/2 (xem Bảng 13);

P là tổng độ rỗng của bê tông, m 3 /m 3 ;

 là hệ số dẫn nhiệt của bê tông, W/(m°C), được xác định theo các công thức (9), (10), (11) đối với nhiệt độ bê tông 200 °C;

W ser là độ ẩm sử dụng theo thể tích, m 3 /m 3 ;

Giá trị các hệ số  b T , , E b T , và  được xác định theo các bảng từ 9 đến 11 đối với nhiệt độ trung bình của bê tông từ 200 °C đến 300 °C

Hệ số giãn nhiệt của bê tông đóng rắn tự nhiên  phụ thuộc vào loại và hàm lượng cốt liệu lớn trong bê tông được ghi trong Bảng 9

Bảng 9 – Hệ số giãn nhiệt của bê tông đóng rắn tự nhiên  b T ,

Loại cốt liệu Giá trị  b T , 10 6 , 1/ o C, với hàm lượng cốt liệu lớn trong bê tông, %

1 Cát tự nhiên và đá granit 9,2 9,3 9,5

2 Cát tự nhiên và đá vôi 6,2 5,2 4,4

4 Cát tự nhiên và cốt liệu keramzit lớn 8,0 7,6 7,2

CHÚ THÍCH: Đối với bê tông xử lý nhiệt ẩm thì giá trị  b T , được tăng lên 1,1 lần

58 Mô đun đàn hồi của bê tông bị đốt nóng đến 200 °C – 300 °C phụ thuộc vào cấp cường độ chịu nén thiết kế của bê tông được ghi trong Bảng 10

Bảng 10 – Mô đun đàn hồi của bê tông bị đốt nóng E b T ,

Bê tông Giá trị E b T , 10 -4 , MN/m 2 , với bê tông cấp cường độ chịu nén

2 Bê tông cốt liệu rỗng với khối lượng thể tích, kg/m 3

CHÚ THÍCH: Đối với bê tông xử lý nhiệt ẩm dưới áp suất khí quyển thì giá trị E b,T trong bảng được nhân thêm với 0,9, đối với bê tông chưng áp thì nhân thêm với 0,77

Hệ số dẫn nhiệt của bê tông  đối với nhiệt độ trung bình từ 200 °C đến 300 °C phụ thuộc vào loại và hàm lượng cốt liệu lớn được ghi trong Bảng 11

Bảng 11 – Hệ số dẫn nhiệt của bê tông 

Loại cốt liệu Giá trị  , W/(m°C), với hàm lượng cốt liệu lớn trong bê tông, %

Cát tự nhiên và đá granit 1,9 2,3

Cát tự nhiên và đá vôi 1,3 2,0

Cát tự nhiên và cốt liệu keramzit lớn 0,4 0,3

Tổng độ rỗng Pcủa bê tông với cốt liệu đặc chắc phụ thuộc vào tỉ lệ nước/xi măng N/X và lượng dùng xi măng X được ghi trong Bảng 12

Bảng 12 – Tổng độ rỗng của bê tông cốt liệu đặc chắc P Tỉ lệ N/XM Giá trị P , m 3 /m 3 , khi lượng dùng xi măng X, kg/m 3

59 Tổng độ rỗng P của bê tông dùng cốt liệu đặc chắc có thể được xác định theo công thức:

=   − (74) Đối với bê tông dùng cốt liệu rỗng thì tổng độ rỗng P được tăng lên một lượng bằng tích của giá trị độ rỗng của cốt liệu P adm và hàm lượng cốt liệu theo thể tích trong bê tông V adm , nghĩa là trong trường hợp này: adm adm

P là tổng độ rỗng của bê tông dùng cốt liệu rỗng;

V adm là hàm lượng cốt liệu theo thể tích trong bê tông;

P adm là tổng độ rỗng của cốt liệu

Hệ số mật độ giả ứng suất K 1 đối với bê tông dùng xi măng poóc lăng lấy theo Bảng 13 phụ thuộc vào loại và lượng cốt liệu

Bảng 13 – Hệ số K 1 cho bê tông đóng rắn tự nhiên Loại cốt liệu Lượng cốt liệu lớn, % Giá trị K 1 , MN -3/2

1 Cát và đá granit tự nhiên ≥ 50 0,53

2 Cát tự nhiên và cốt liệu keramzit – 0,31

3 Cát tự nhiên và đá vôi ≥ 50 0,44

Độ ẩm sử dụng theo thể tích Wser của bê tông sử dụng cốt liệu đặc chắc được xác định theo công thức là độ ẩm cân bằng trung bình theo khối lượng Công thức này được sử dụng để xác định độ ẩm cần sử dụng trong bê tông để đạt được độ bền và độ ổn định cần thiết.

W b là độ ẩm cân bằng của bê tông theo khối lượng, kg/kg;

 là khối lượng thể tích của bê tông ở trạng thái khô, kg/m 3 ;

60 Độ ẩm cân bằng của bê tông theo khối lượng W b lấy theo Bảng 14 phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của không khí , nơi kết cấu đang xét làm việc, và vào lượng dùng xi măng

Bảng 14 – Độ ẩm cân bằng của bê tông theo khối lượng W b

Lượng dùng xi măng cho 1 m 3 bê tông, kg

Giá trị W b 10 2 , kg/kg, với độ ẩm tương đối tính toán của không khí  , %

Khi sử dụng cốt liệu rỗng thì độ ẩm của bê tông được tăng thêm một lượng bằng:

W là phần độ ẩm sử dụng của bê tông theo thể tích gây bởi sự có mặt của cốt liệu lớn rỗng, m 3 /m 3 ;

V adm là thể tích tương đối của cốt liệu rỗng trong bê tông;

 là khối lượng thể tích của bê tông ở trạng thái khô;

W là độ ẩm cân bằng của cốt liệu theo khối lượng, kg/kg Đối với bê tông keramzit thì độ ẩm cân bằng trung bình theo khối lượng W b adm , lấy theo Bảng 15 phụ thuộc vào độ ẩm tính toán tương đối của không khí  của gian phòng, nơi kết cấu bê tông hoặc bê tông cốt thép làm việc

Bảng 15 – Độ ẩm cân bằng theo khối lượng của keramzit W b adm , Độ âm tương đối của không khí , % Độ ẩm cân bằng của bê tông keramzit W b adm , , kg/kg

61 Độ ẩm tương đối tính toán của không khí  trong các gian phòng nhà ở lấy bằng 75 % Độ ẩm tương đối tính toán của không khí  trong các gian phòng nhà công nghiệp lấy phụ thuộc vào độ ẩm không khí trong gian phòng theo Bảng 16

Bảng 16 – Độ ẩm tương đối tính toán của không khí  trong các gian phòng nhà công nghiệp Độ ẩm không khí trong gian phòng, % Giá trị , %

Độ ẩm cân bằng lớn nhất của bê tông theo khối lượng trong điều kiện ẩm hoặc tháng đầu tiên đóng rắn tự nhiên có thể được xác định bằng công thức:

P là độ rỗng của bê tông;

 w là khối lượng thể tích của nước, bằng 1 000 kg/m 3 ;

1 là khối lượng thể tích của bê tông ẩm tự nhiên Độ ẩm lớn nhất của bê tông được theo dõi thấy ngay sau khi chế tạo kết cấu bê tông cốt thép, trong quá trình bê tông đóng rắn thì bê tông khô dần Vì vậy, phải xem xét khả năng phá hoại giòn của bê tông khi cháy trong thời gian thi công và khi đưa công trình vào sử dụng, cũng như trong quá trình khai thác sử dụng công trình phụ thuộc vào độ ẩm tương đối tính toán của không khí 

Xác định khả năng phá hoại giòn của bê tông khi cháy theo giá trị tiêu chí F như sau:

− Khi F ≤ 4 thì bê tông sẽ không bị phá hoại giòn dạng nổ khi cháy và không cần các biện pháp bổ sung về bảo vệ kết cấu tránh phá hoại giòn khi cháy

− Khi 4 < F < 6 thì bê tông sẽ bị phá hoại giòn khi cháy trong các kết cấu có ứng suất nén do tải trọng dài hạn tiêu chuẩn tại thớ bê tông chịu nén ngoài cùng hoặc trong các cấu kiện có chiều dày nhỏ hơn 40 mm Phải thực hiện việc kiểm tra tiếp theo về khả năng phá hoại giòn bê tông trong kết cấu theo 9.9

− Khi F ≥ 6 thì phá hoại giòn bê tông khi cháy là khó tránh khỏi Phải tiến hành các biện pháp theo 9.14 và 9.15

Việc xác định khả năng phá hoại giòn của bê tông khi cháy trong các kết cấu không chịu lực dựa trên giá trị trung bình của độ ẩm tới hạn của bê tông theo khối lượng (W b cr ), được xác định bằng công thức:

62 3 % - đối với bê tông nặng dùng cốt liệu lớn gốc granit;

4 % - đối với bê tông nặng dùng cốt liệu lớn gốc cacbonat;

5 % - đối với bê tông nhẹ kết cấu dùng cốt liệu lớn rỗng;

2 % - đối với bê tông nặng cốt liệu gốc silicat

Nếu độ ẩm sử dụng của bê tông W ser W b cr , 10 − 3 thì sẽ không xảy ra phá hoại giòn bê tông khi cháy.

Kiểm tra khả năng phá hoại giòn bê tông trong kết cấu khi cháy

9.3.1 Bê tông có giá trị tiêu chí 4 < F < 6 được kiểm tra về khả năng phá hoại giòn trong kết cấu khi cháy, nếu trong quá trình sử dụng mà trong kết cấu bê tông cốt thép có xuất hiện ứng suất nén (do tải trọng dài hạn tiêu chuẩn) tại thớ bê tông ngoài cùng từ phía tác động của đám cháy

Khả năng phá hoại giòn của bê tông khi cháy được đánh giá như sau

Từ tải trọng dài hạn tiêu chuẩn, xác định giá trị ứng suất nén tại thớ bê tông chịu nén ngoài cùng mà khi cháy nó có thể bị chịu tác động lửa

Tính giá trị độ ẩm tới hạn theo khối lượng của bê tông W b cr , theo công thức:

(79) trong đó: c là hệ số tỷ lệ, bằng 0,58 W∙m/(MN°C);

P là tổng độ rỗng của bê tông, m 3 /m 3 ;

R btn là cường độ chịu kéo dọc trục tiêu chuẩn của bê tông, MN/m 2 ;

 là hệ số dẫn nhiệt của bê tông, W/(m°C);

 b là ứng suất nén tính toán do tải trọng dài hạn tiêu chuẩn tác dụng lên bề mặt kết cấu mà khi cháy có thể bị chịu tác động lửa, MPa Đối với bê tông đã qua xử lý nhiệt, giá trị thu được W b cr , cần được giảm xuống 1,4 lần

Giá trị W b cr , sẽ được so sánh với giá trị độ ẩm sử dụng theo thể tích W ser đã được xác định theo công thức (76)

Khi cấu kiện bê tông chịu ứng suất nén cao tại thời điểm cháy (W ser > W b cr), cấu trúc bê tông sẽ bị phá hủy giòn do nhiệt độ cao Để bảo vệ bê tông trong trường hợp này, cần áp dụng các biện pháp như trong Quy chuẩn 9.14 và 9.15 hoặc giảm ứng suất nén trong bê tông về giá trị n.

Giá trị hệ số giảm n phụ thuộc vào ứng suất nén tương đối tại thớ bê tông ngoài cùng được ghi trong Bảng 17

Bảng 17 – Hệ số giảm n Ứng suất nén tương đối tại thớ bê tông ngoài cùng

NếuW ser < W b cr , thì bê tông của kết cấu này không bị phá hoại giòn khi cháy

Để đánh giá phá hoại giòn của bê tông chịu lực trong cháy, có thể dùng giá trị trung bình của độ ẩm tới hạn bê tông theo khối lượng trong 9.8 Độ ẩm tới hạn bê tông theo khối lượng sẽ được nhân với hệ số n theo ứng suất nén tương đối tại thớ bê tông ngoài cùng bị đốt nóng trong khi chịu tải trọng dài hạn tiêu chuẩn.

9.3.3 Nếu bê tông có giá trị tiêu chí nằm trong khoảng 4 < F < 6 thì chiều dày tối thiểu của cấu kiện kết cấu lấy theo Bảng 18 phụ thuộc vào ứng suất nén tương đối

Bảng 18 – Chiều dày tối thiểu của cấu kiện Ứng suất nén tương đối  b R bn Chiều dày tối thiểu của cấu kiện kết cấu, mm

Giá trị tiêu chí phá hoại giòn của bê tông F phụ thuộc vào tính chất vật lý của bê tông mà không khác nhau nhiều đối với các thành phần khác nhau, và vào độ ẩm sử dụng theo thể tích của bê tông mà ảnh hưởng đáng kể đến giá trị tiêu chí này Độ ẩm bê tông càng lớn thì giá trị tiêu chí phá hoại giòn càng lớn và nguy cơ phá hoại giòn bê tông khi cháy cũng càng lớn

Thông thường, khi thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, người ta sẽ chọn trước cấp bê tông thiết kế mà không quy định thành phần của bê tông Do đó, việc xác định tiêu chí phá hoại giòn bê tông trong giai đoạn thiết kế là không khả thi.

64 Vì vậy, ở giai đoạn thiết kế, phải đưa rõ ràng giới hạn điều kiện ẩm khi sử dụng kết cấu bê tông Nếu độ ẩm sử dụng của kết cấu chọn trước lớn hơn giá trị tới hạn của độ ẩm bê tông theo khối lượng W b cr , nêu tại 9.8, thì phải có các biện pháp bảo vệ kết cấu bê tông và bê tông cốt thép khỏi sự phá hoại giòn khi cháy

9.3.5 Đối với dầm, bản và các cấu kiện chịu kéo, khi độ ẩm của bê tông lớn hơn độ ẩm tới hạn theo khối lượng W b cr , thì ảnh hưởng của sự phá hoại giòn dạng nổ đến giới hạn chịu lửa về khả năng chịu lực R được kể đến một cách ước lượng như sau: Sự phá hoại cục bộ lớp bê tông bảo vệ được lấy bằng sự mất mát của một thanh thép hoặc một hàng thanh thép nằm gần biên bị đốt nóng của tiết diện cấu kiện (phụ thuộc vào sơ đồ bố trí cốt thép của cấu kiện hoặc kết cấu: đối với kết cấu dạng bản – 1 thanh cốt thép chịu lực, đối với dầm – 1 hàng cốt thép bị đốt nóng nhiều nhất), tiếp theo là kiểm tra sự mất khả năng chịu lực của tiết diện

Nhiệt độ đốt nóng của các thanh cốt thép khác lấy không kể đến sự phá hoại lớp bê tông bảo vệ

Không yêu cầu thực hiện việc kiểm tra này đối với kết cấu mà đã được thực nghiệm chứng minh hoặc có biện pháp bảo vệ chống cháy bổ sung đã được thử nghiệm chứng minh là không bị phá hoại giòn.

Các biện pháp bảo vệ chống phá hoại giòn cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép

9.4.1 Đối với kết cấu bê tông và bê tông cốt thép được thiết kế bằng bê tông có giá trị tiêu chí phá hoại giòn F > 4, kết cấu làm bằng bê tông cường độ cao B60 trở lên, cũng như kết cấu làm việc trong điều kiện độ ẩm nâng cao (kết cấu ngầm và tương tự) lớn hơn 3 % thì cần có các biện pháp bảo vệ chống phá hoại giòn dạng nổ khi cháy

9.4.2 Các biện pháp bảo vệ kết cấu bê tông và bê tông cốt thép chống phá hoại giòn khi cháy chia thành 3 nhóm:

Nhóm I: Các biện pháp tránh hoàn toàn được sự phá hoại giòn bê tông khi cháy;

Nhóm II: Các biện pháp làm giảm khả năng phá hoại giòn;

Nhóm III: Các biện pháp kiểm tra định kỳ;

− Khi thiết kế, giới hạn độ ẩm sử dụng trong gian phòng đến giá trị mà ở đó trong trường hợp cháy sự phá hoại giòn bê tông không xảy ra, và kiểm tra định kỳ (quan trắc) độ ẩm trong gian phòng trong quá trình khai thác sử dụng nhà và công trình;

− Đặt lưới thép chống vỡ bê tông ở lớp bề mặt bị đốt nóng của kết cấu tại khoảng cách không nhỏ hơn 15 mm tính từ bề mặt bị đốt nóng Khi đó, sử dụng các lưới sợi thép đường kính không lớn hơn 4 mm với ô lưới không lớn hơn 75 mm;

− Sử dụng lớp vữa bảo vệ chống cháy dùng cốt liệu perlite và vermiculite có chiều dày không nhỏ hơn 20 mm và trát nó lên bề mặt bê tông cần bảo vệ trên lưới thép Khi đó, chiều dày lớp vữa bảo vệ chống cháy cần được tính toán hoặc thử nghiệm thích hợp có kể đến giới hạn chịu lửa bản thân của kết cấu bê tông cốt thép;

Khi bổ sung sợi polypropylen không nhỏ hơn 1 kg/m3 vào bê tông, đặc tính độ bền của bê tông sẽ suy giảm Theo dữ liệu thực nghiệm, cường độ chịu nén và chịu kéo khi uốn của bê tông nặng có cốt liệu đá granit cấp B45 giảm lần lượt là 15% và 19% khi bổ sung 1 kg/m3 sợi polypropylen Nguyên nhân suy giảm này là do sợi polypropylen không phải là sợi kết cấu, chỉ có tác dụng bảo vệ bê tông khỏi bị phá vỡ giòn khi cháy.

Bảng 19 – Tỉ lệ suy giảm cường độ đối với bê tông nặng cốt liệu granit cấp B45 khi bổ sung sợi polypropylen với lượng 1 kg/m 3 ở trạng thái nguội sau khi đốt nóng

Loại cường độ bê tông Tỉ lệ suy giảm cường độ, %, đối với bê tông nặng cốt liệu granit cấp B45 khi bổ sung sợi polypropylen với lượng 1 kg/m 3 ở trạng thái nguội sau khi đốt nóng đến nhiệt độ, °C

2 Cường độ chịu kéo khi uốn 18 17 3 7 15 7 8

− Sử dụng cốt liệu lớn có hệ số giãn nhiệt thấp (đá vôi, bazan, diabas) thay thế granit;

− Thay thế một phần (không ít hơn 1/3) hoặc toàn phần cát tự nhiên bằng cát từ đá vôi, bazan, diabas, sienit hoặc diorit;

− Sử dụng bê tông cốt liệu sa mốt;

− Sử dụng các thành phần bê tông với lượng dùng chất kết dính hạn chế (poóc lăng không lớn hơn 400 kg/1 m 3 hỗn hợp bê tông) và tăng tỉ lệ N/X (N/X ≥ 0,5);

− Sử dụng bê tông cốt liệu nhẹ;

− Sử dụng bê tông trên nền xi măng poóc lăng xỉ

− Tăng mức an toàn cháy bằng cách đảm bảo khả năng loại trừ được đám cháy ở giai đoạn đầu;

− Trong kết cấu bê tông cốt thép, sử dụng lượng cốt thép có cùng diện tích tiết diện tổng cộng nhưng với các thanh có đường kính nhỏ hơn;

− Sử dụng tiết diện ngang kết cấu không có góc lồi (ví dụ cột tiết diện tròn hoặc cột tiết diện vát góc thay vì cột tiết diện chữ nhật hoặc vuông);

Có thể sử dụng các biện pháp khác để bảo vệ kết cấu bê tông và bê tông cốt thép chống phá hoại giòn khi cháy khi có luận chứng bằng thực nghiệm

Sự phá hoại giòn dạng nổ bê tông cường độ cao

9.5.1 Thực tế xây dựng cho thấy, bê tông cường độ cao cấp B60 trở lên bị phá hoại giòn dạng nổ khi cháy cao hơn khi hàm lượng silic trong bê tông lớn hơn 6 % khối lượng xi măng

9.5.2 Khi thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép làm bằng bê tông cường độ cao thì sử dụng các biện pháp bảo vệ chống phá hoại giòn khi cháy sau đây:

− Sử dụng bê tông có hàm lượng silic nhỏ hơn 6 % (việc giới hạn hàm lượng silic hữu cơ cần được chỉ rõ trong hồ sơ thiết kế);

− Sử dụng loại bê tông cường độ cao mà đã được chứng minh bằng thực nghiệm (bằng thử nghiệm chịu lửa kết cấu tấm lớn) là không xảy ra sự phá hoại giòn bê tông khi cháy;

− Bố trí cốt thép cấu tạo bổ sung cho lớp bê tông bảo vệ từ phía bề mặt bị đốt nóng bằng lưới sợi thép chống vỡ bê tông theo 9.4.3 Chiều dày lớp bê tông bảo vệ đến cốt thép chịu lực phải lớn hơn 40 mm;

− Trát lên bề mặt bê tông bị đốt nóng một lớp bảo vệ chống cháy đã được thử nghiệm về tính hiệu quả;

− Bổ sung vào hỗn hợp bê tông một lượng sợi polypropylen không ít hơn 1 kg/m 3 Có thể sử dụng phương pháp thực nghiệm khác đã được chứng thực

10 Các yêu cầu cấu tạo để tăng khả năng chịu lửa của kết cấu bê tông cốt thép

10.1 Bê tông và bê tông cốt thép là các vật liệu xây dựng thuộc loại không cháy, bền với tác động lửa và tác động nhiệt Các giới hạn chịu lửa yêu cầu của kết cấu bê tông cốt thép cần được đảm bảo bằng cách thiết kế và cấu tạo hợp lý

10.2 Các thông số cơ bản ảnh hưởng tới giới hạn chịu lửa của kết cấu bê tông và bê tông cốt thép là loại bê tông, chất kết dính và cốt liệu, cấp cường độ của bê tông và cốt thép, loại kết cấu, hình dạng và kích thước tiết diện ngang, số liệu và sự bố trí cốt thép trên tiết diện kết cấu, chiều dày lớp bê tông bảo vệ, điều kiện đốt nóng kết cấu khi cháy, tải trọng và độ ẩm của bê tông

10.3 Việc đảm bảo giới hạn chịu lửa yêu cầu của kết cấu bê tông cốt thép sẽ đạt được bằng cách lựa chọn hợp lý chiều dày lớp bê tông bảo vệ Khi tăng chiều dày lớp bê tông bảo vệ thì giới hạn chịu lửa của kết cấu bê tông cốt thép tăng lên

10.4 Khi chiều dày lớp bê tông bảo vệ lớn hơn 40 mm thì nên đặt lưới chống vỡ bê tông làm bằng các sợi thép đường kính từ (2 ÷ 4) mm với ô lưới (40 ÷ 75) mm ở khoảng cách (15 ÷ 20) mm tính từ bề mặt đốt nóng Lưới thép này cần được cố định với cốt thép chịu lực phía dưới của bản và cốt thép cấu tạo theo chu vi tiết diện dầm

Cột có tiết diện lớn với tỷ lệ cốt thép thấp có khả năng chịu lửa tốt hơn so với cột có tiết diện nhỏ hơn với tỷ lệ cốt thép cao hơn.

10.6 Cốt thép hạn chế biến dạng ngang dạng lưới hoặc xoắn ốc sẽ làm tăng giới hạn chịu lửa, trung bình khoảng 20 %

10.7 Trong cột bê tông cốt thép có cốt thép dọc với số lượng lớn hơn 4 thanh đặt dọc theo một biên tiết diện thì đặt toàn bộ cốt thép ở gần bề mặt bị đốt nóng là không hợp lý Để tăng giới hạn chịu lửa của cột thì cốt thép chịu lực cần được đặt ở khoảng xa nhất có thể cách bề mặt bị đốt nóng, gần với lõi tiết diện cột, nếu điều đó đảm bảo khả năng chịu lực

10.8 Giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R của cột và dầm dùng cốt cứng đặt tại giữa tiết diện lớn hơn nhiều so với kết cấu tương tự với cốt thép thanh đặt ở gần bề mặt bị đốt nóng

10.9 Trong dầm, khi bố trí cốt thép với các đường kính khác nhau và ở các mức khác nhau, thì cốt thép đường kính lớn hơn cần được đặt xa bề mặt bị đốt nóng khi cháy

10.10 Để tăng giới hạn chịu lửa của dầm thì cần điều chỉnh hình dạng tiết diện dầm: dùng dầm rộng và thấp hơn là dùng dầm hẹp và cao Cốt thép chịu lực của dầm cần được bố trí với số lượng lớn hơn 3 thanh và bố trí chúng ở một số hàng với khoảng cách xa nhất có thể so với bề mặt bị đốt nóng

10.11 Ở các gối tựa giữa các dầm kề nhau và giữa dầm với tường cần phải có khe hở để đảm bảo sự giãn tự do của dầm khi cháy

10.12 Trong các bản với cốt thép bố trí hai lớp thì cần bố trí cốt thép ngang cấu tạo thẳng đứng hoặc các cốt thép đai thẳng đứng để liên kết các lớp cốt thép trên và dưới

10.13 Trong các sàn bê tông cốt thép toàn khối đổ trên tấm thép sóng định hình, cần sử dụng các tấm thép sóng định hình làm cốp pha không tháo được Cốt thép tại các sóng nên được liên kết với tấm thép sóng định hình để tránh sự tách khỏi bê tông khi cháy Để tăng giới hạn chịu lửa của tấm nhiều nhịp làm từ bê tông cốt thép toàn khối trên tấm thép sóng định hình đến R 150 tại nhịp đầu tiên của bản thì cần tăng diện tích cốt thép lên 30 % so với tính toán, tiết diện cốt thép tại gối tựa trung gian đầu tiên cần được bố trí gấp 2 lần so với nhịp đầu tiên

Yêu cầu chung

12.1.1 Khi thiết kế kết cấu bê tông cốt thép của nhà, công trình và tổ hợp phức hợp với các công năng khác nhau có phần hầm mở rộng, của nhà cao tầng được xếp vào mức độ tầm quan trọng cao [2], cũng như của công trình xây dựng mà sự ngưng trệ hoạt động của chúng có thể dẫn đến các hậu quả kinh tế và môi trường, và kết cấu mà sự khôi phục nó không thể thực hiện được trong quá trình sử dụng hoặc đòi hỏi kỹ thuật phức tạp và kinh phí, thì nên đảm đảm khả năng bảo toàn sau cháy của chúng

72 Sự đảm bảo khả năng bảo toàn sau cháy nên dành cho các kết cấu bê tông cốt thép tham gia vào đảm bảo ổn định tổng thể và tính bất biến hình của nhà hoặc công trình, kể cả khi chịu tác động của đám cháy

Liên kết cứng giữa các cấu kiện trong hệ khung hoặc khung giằng không gian giúp đảm bảo sự ổn định và toàn vẹn của công trình Tuy nhiên, khi xảy ra cháy dẫn đến sự sập đổ của một số cấu kiện, chẳng hạn như khớp dẻo xuất hiện tại vùng gối tựa của cấu kiện siêu tĩnh chịu uốn, có thể gây ra sự thay đổi về hệ kết cấu Điều này ảnh hưởng đến độ cứng không gian, độ ổn định và gây phá hoại toàn bộ công trình Do đó, sự thay đổi hệ kết cấu không được phép đối với các nhà và công trình có mức độ tầm quan trọng cao như nhà cao tầng.

Khi ấn định các yêu cầu về khả năng bảo toàn sau cháy thì trong đồ án thiết kế phải thực hiện việc nhận diện các kết cấu xây dựng như các cấu kiện chịu lực của hệ kết cấu nhà mà ảnh hưởng tới ổn định của cả nhà hoặc công trình

12.1.2 Khả năng bảo toàn sau cháy của kết cấu bê tông cốt thép được coi là trạng thái mà ở đó độ bền dư hoặc biến dạng dư không phục hồi vẫn đảm bảo cho sự làm việc của các kết cấu chịu lực phù hợp với các yêu cầu của các tiêu chuẩn Trạng thái bảo toàn kết cấu cho phép đảm bảo khả năng sửa chữa nó mà không cần các biện pháp gia cường bổ sung hoặc thay thế

12.1.3 Tính toán khả năng bảo toàn sau cháy của kết cấu bê tông cốt thép được tiến hành theo các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai với khoảng thời gian chế độ nhiệt tiêu chuẩn của đám cháy, tương đương với giới hạn chịu lửa yêu cầu của kết cấu Khi đó, bằng tính toán giải tích cần dự tính tất cả các hậu quả có thể có do tác động phá hoại của đám cháy lên các lớp bê tông ngoài cùng và cốt thép

12.1.4 Tính toán khả năng bảo toàn sau cháy của kết cấu bê tông cốt thép được tiến hành với tổ hợp tính toán của tải trọng theo [2] và với các giá trị tính toán của cường độ bê tông và cốt thép, có kể đến sự thay đổi các tính chất của bê tông và cốt thép ở trạng thái nguội sau khi bị đốt nóng ngắn hạn ở nhiệt độ cao Để đảm bảo khả năng bảo toàn kết cấu sau cháy thì phải hạn chế sao cho trong thời gian cháy nhiệt độ đốt nóng cốt thép không được vượt quá:

400 °C – đối với cốt thép không ứng suất trước tất cả các loại (để tránh sự mất mát toàn bộ sự bám dính của cốt thép với bê tông);

100 °C – đối với cốt thép ứng suất trước tất cả các loại (để tránh các tổn hao ứng suất trước)

12.1.5 Việc đánh giá khả năng bảo toàn sau cháy của kết cấu bê tông cốt thép được tiến hành bằng tính toán độ bền dư và độ võng dư sau cháy và so sánh kết quả với các yêu cầu của tiêu chuẩn.

Độ bền dư sau cháy

Tính toán độ bền dư của các cấu kiện bê tông cốt thép sau cháy đối với tiết diện thẳng góc và tiết diện nghiêng được thực hiện theo quy định tại Điều 8.

Khi sử dụng phương pháp tính đơn giản, cường độ chịu nén của bê tông bị đốt nóng vượt ngưỡng nhiệt độ giới hạn không được tính đến Cường độ chịu nén của bê tông phân bố đều trên vùng chịu nén Giá trị cường độ chịu nén tính toán của bê tông lấy bằng Rb.

73 cường độ chịu kéo và nén của cốt thép sau khi chịu tác động lửa khi cháy lấy tương ứng bằng R s T , và

R sc T Tính toán được tiến hành với diện tích của tiết diện suy giảm A red mà các kích thước của nó được xác định theo 8.1.8

Giá trị hệ số điều kiện làm việc của cốt thép  s T , ở trạng thái nguội sau cháy lấy theo Bảng 6 phụ thuộc vào nhiệt độ đốt nóng cốt thép trong thời gian cháy Sự đốt nóng bê tông đến nhiệt độ tới hạn trong thời gian cháy được lấy theo các Hình 1, 8.1 và 8.2 và bằng tính toán nhiệt kỹ thuật (các phụ lục A và B)

12.2.2 Khi tính toán độ bền tiết diện thẳng góc của cấu kiện bê tông cốt thép thì cần kể đến việc trong các cấu kiện đã được tính toán cho sự làm việc trước khi cháy nếu có x R h 0, T thì sau cháy có thể có trường hợp x R h 0, T do sự suy giảm vùng chịu nén sau khi đốt nóng các lớp bê tông bên ngoài ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn

Nếu điều kiện $x\le\xi$ không thỏa mãn, mô men được xác định theo công thức (26) và (28), thay giá trị chiều cao vùng chịu nén bằng $\xi_1=\xi$

Giá trị  R được tính theo công thức: l

Biến dạng nén tương đối của cốt thép chịu kéo  s e , l ứng với ứng suất bằng R s T , được xác định theo công thức:

Biến dạng nén tương đối của bê tông  bu, ứng với ứng suất R b T, được lấy bằng  b2 theo Bảng 5 Để xác định mô đun đàn hồi của cốt thép sau cháy, sử dụng công thức (7).

12.2.3 Để đảm bảo khả năng bảo toàn sau cháy của kết cấu bê tông cốt thép thì phải tuân thủ điều kiện độ bền mà trong đó khả năng chịu lực của tiết diện không được nhỏ hơn nội lực do ngoại lực gây ra.

Độ võng dư sau cháy

12.3.1 Trong thời gian cháy thì trong các cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm, kéo lệch tâm dưới tải trọng sử dụng do tác động nhiệt xảy ra sự phát triển độ võng bổ sung vì cốt thép bị đốt nóng đáng kể và chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao tiết diện

Khi cháy, độ võng của cấu kiện sinh ra do tác động của tải trọng và nhiệt độ Khi nhiệt độ đốt nóng cốt thép đến 350 °C thì độ võng cấu kiện bê tông cốt thép phát triển, về cơ bản, do sự giãn nhiệt của cốt

74 thép và bê tông ở bề mặt bị đốt nóng nhiều hơn Khi đốt nóng ở nhiệt độ cao hơn 350 °C thì độ võng phát triển chủ yếu do từ biến của cốt thép ở nhiệt độ cao

Sau cháy, ở trạng thái nguội độ võng do đốt nóng không đều theo chiều cao tiết diện cấu kiện giảm xuống (độ võng có tính chất phục hồi được), và độ võng dư do tải trọng lớn hơn nhiều độ võng do tải trọng trước khi cháy vì sự suy giảm mô đun đàn hồi của bê tông và sự phát triển biến dạng dẻo không phục hồi của cốt thép khi bị đốt nóng Ở trạng thái nguội sau cháy, các tính chất độ bền và đàn-dẻo của bê tông gần như không phục hồi được, còn trong cốt thép thì độ bền một phần được phục hồi và độ đàn hồi được phục hồi hoàn toàn

12.3.2 Sau cháy, các cấu kiện bê tông cốt thép có các vết nứt từ phía bị đốt nóng dọc theo toàn bộ chiều dài nhịp Đối với cấu kiện chịu uốn chiều cao không đổi dọc theo chiều dài mà trong phạm vi đó mô men uốn không đổi dấu thì độ cong được phép tính đối với tiết diện chịu lực nhiều nhất, và được lấy thay đổi tỉ lệ với giá trị mô men uốn cho các tiết diện còn lại Đối với cấu kiện tựa tự do và cấu kiện công xôn, thì độ võng lớn nhất được phép xác định theo công thức:

= l     (83) trong đó: s là hệ số, phụ thuộc vào loại tải trọng và sơ đồ tính toán cấu kiện Khi có tác dụng của tải trọng phân bố đều thì đối với dầm tựa tự do s = 5/48, đối với dầm công xôn s = 1/4

12.3.3 Độ cong của cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm và kéo lệch tâm có vết nứt trong vùng chịu kéo được xác định theo công thức: max 1 2 3

( ) 1 r 1 là độ cong do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng mà dùng để tính toán biến dạng;

( ) 1 r 2 là độ cong do tác dụng ngắn hạn của tải trọng thường xuyên và tạm thời dài hạn;

( ) 1 r 3 là độ cong do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tạm thời dài hạn;

( ) 1 r cs là độ cong do co nhiệt của bê tông;

12.3.4 Độ cong của cấu kiện bê tông cốt thép do tác dụng của các tải trọng tương ứng được xác định theo 8.2.3.3.3 của [3]

12.3.5 Độ cứng của cấu kiện bê tông cốt thép D trên đoạn không có vết nứt trong vùng chịu kéo được xác định theo 8.2.3.3.4 của [3]

75 Trong công thức (189) của [3] hệ số quy đổi cốt thép chịu kéo và chịu nén về bê tông lấy bằng:

Mô đun đàn hồi của bê tông E b 1 được xác định theo công thức:

E b T được xác định theo công thức (3), trong đó hệ số β b lấy theo Bảng 1 phụ thuộc vào nhiệt độ bê tông tại trọng tâm tiết diện quy đổi

Trong công thức (192) của [3] khi có tác dụng dài hạn của tải trọng thì E b T , được thay bằng E b  với

E b  được xác định theo công thức (4), trong đó hệ số  b cr , lấy theo Bảng 1 phụ thuộc vào nhiệt độ bê tông tại trọng tâm tiết diện quy đổi

12.3.6 Độ cứng của cấu kiện bê tông cốt thép trên đoạn có vết nứt trong vùng chịu kéo được xác định theo 8.2.3.3.5 đến 8.2.3.3.9 của [3]

Giá trị các hệ số quy đổi cốt thép về bê tông theo các công thức (202) và (203) của [3] lấy bằng:

− Đối với cốt thép chịu nén:

− Đối với cốt thép chịu kéo:

Giá trị mô đun biến dạng quy đổi của bê tông chịu nén E b red T , , có mối quan hệ với nhiệt độ tại thớ bê tông chịu nén ngoài cùng Công thức xác định giá trị này là E b red T , , = T f T 0 E b 0 T f − T 0 , Trong đó: E b 0 là mô đun biến dạng của bê tông ở 20 °C; E b red T , , là giá trị mô đun biến dạng quy đổi của bê tông chịu nén tại thớ ngoài cùng chịu nén ở nhiệt độ T, °C; T 0 là nhiệt độ chuẩn bằng 20 °C; T f là nhiệt độ hư của bê tông.

Giá trị hệ số  s đối với cấu kiện chịu uốn không kể đến cốt thép được phép xác định theo công thức:

M (90) trong đó: cường độ chịu kéo của bê tông R bt ser T , , được xác định theo công thức (5.2) phụ thuộc vào nhiệt độ đốt nóng bê tông tại mức cốt thép chịu kéo

12.3.7 Độ cong của cấu kiện khi nguội do co nhiệt của bê tông đã bị đốt nóng không đều trong thời gian cháy được xác định theo công thức:

 cs và  cs là các hệ số co nhiệt của bê tông, lấy theo Bảng 4 phụ thuộc vào nhiệt độ bê tông đã có khi cháy ở biên bị đốt nóng nhiều hơn T b 1 và ít hơn T b của tiết diện

12.3.8 Sau cháy, độ võng của cấu kiện là một trong các tiêu chí về khả năng sử dụng tiếp kết cấu Để đảm bảo khả năng bảo toàn sau cháy thì giá trị tính toán của độ võng dư sau cháy không được vượt quá giá trị giới hạn cho phép nêu trong [2]

12.3.9 Các yêu cầu về tính toán độ bền dư và độ võng dư được áp dụng cho các phép tính toán kiểm tra khi đánh giá tình trạng kỹ thuật của kết cấu bê tông cốt thép sau cháy theo tiêu chuẩn riêng

13 Các yêu cầu cấu tạo để đảm bảo khả năng bảo toàn sau cháy của kết cấu bê tông cốt thép

13.1 Các yêu cầu cấu tạo để đảm bảo khả năng bảo toàn sau cháy của kết cấu bê tông cốt thép cần được lựa chọn có kể đến các quá trình lý – hóa và sự thay đổi cấu trúc xảy ra trong bê tông khi đốt nóng nhiệt độ cao (Hình 20)

1 - đến 250 °C: sự phá hoại giòn (dạng nổ) bề mặt bê tông có độ ẩm lớn hơn 3,5 %;

2 - từ 250 °C đến 350 °C: trong bê tông hình thành các vết nứt do co nhiệt;

3 - đến 450 °C: trong bê tông hình thành các vết nứt chủ yếu do chênh lệch biến dạng nhiệt của đá xi măng và cốt liệu; trên 450 °C: sự phá hoại cấu trúc bê tông do đề hidrat hóa Ca(OH) 2 , khi vôi tự do trong đá xi măng hấp thụ ẩm từ không khí cùng với sự tăng thể tích;

4 – trên 573 °C: sự phá hoại cấu trúc bê tông do chuyển đổi biến tính α-quart thành -quart trong granit kèm theo sự tăng thể tích của cốt liệu;

5 - trên 750 °C: cấu trúc bê tông bị phá hoại hoàn toàn;

Hình 20 – Sự phá hoại cấu trúc bê tông sau khi bị đốt nóng nhiệt độ cao

Chiều dày lớp bê tông phá hoại (cm)

13.2 Khả năng bảo toàn sau cháy của kết cấu bê tông cốt thép cần được đảm bảo phù hợp với Điều

Khi đó nhiệt độ đốt nóng tới hạn cốt thép không ứng suất trước được lấy không lớn hơn 400 °C để tránh sự mất hoàn toàn bám dính của cốt thép với bê tông Theo các số liệu thử nghiệm, khi đốt nóng ở khoảng 100 °C thì bám dính của cốt thép có gờ với bê tông giảm đi gần 30 %, còn khi ở nhiệt độ 450 °C thì bám dính bị mất hoàn toàn Do đó, chiều dày lớp bê tông bảo vệ cần được ấn định có kể đến tính bảo toàn sự bám dính của cốt thép với bê tông

13.3 Khi tính toán khả năng bảo toàn sau cháy cần kể đến sự phục hồi một phần hoặc toàn phần các tính chất độ bền của cốt thép phụ thuộc vào nhiệt độ đốt nóng khi cháy (hệ số điều kiện làm việc của cốt thép ở trạng thái nguội sau cháy – theo Bảng 6)

Yêu cầu chung

Kích thước tiết diện tối thiểu trong bảng từ 20 đến 27 đảm bảo giới hạn chịu lửa cho kết cấu tĩnh định Các thông số này phải đạt hoặc vượt quá giá trị quy định trong tài liệu [3] và tuân thủ quy định an toàn cháy hiện hành [1].

Các bảng được thiết lập trên cơ sở các số liệu thử nghiệm Khi tuân thủ các yêu cầu số liệu trong các bảng thì tính toán khả năng chịu lửa của kết cấu tĩnh định có thể không cần thực hiện

78 Các số liệu trong các bảng không được dùng cho các kết cấu siêu tĩnh Các kết cấu này phải được đánh giá khả năng chịu lửa bằng tính toán

14.1.2 Giá trị các thông số trong các bảng từ 20 đến 24, 26 được dùng cho kết cấu bê tông chịu lực khi chịu tác dụng của toàn bộ tải trọng tiêu chuẩn với tỉ số giữa tải trọng thường xuyên Qser và tổng tải trọng (Q ser + G ser ) bằng 1 (nghĩa là Q ser ( Q ser +G s er )=1) Nếu tỉ số này bằng 0,3 thì các giá trị giới hạn chịu lửa trong bảng tra được tăng lên 2 lần Đối với các giá trị trung gian của Q ser ( Q ser +G ser ) thì giới hạn chịu lửa được lấy bằng nội suy tuyến tính

14.1.3 Khoảng cách tối thiểu đến trục cốt thép và kích thước tối thiểu của cấu kiện để đảm bảo giới hạn chịu lửa yêu cầu của kết cấu phụ thuộc vào loại bê tông Độ dẫn nhiệt của bê tông nhẹ nhỏ hơn 10 % đến 20 % và của bê tông cốt liệu lớn gốc cacbonat nhỏ hơn 5 % đến 10 % so với độ dẫn nhiệt của bê tông nặng cốt liệu gốc silicat Khi kể đến độ dẫn nhiệt của bê tông các loại khác nhau thì khoảng cách từ trục cốt thép đối với kết cấu làm bằng bê tông nhẹ hoặc bê tông nặng cốt liệu gốc cacbonat có thể lấy nhỏ hơn so với kết cấu làm bằng bê tông nặng cốt liệu gốc silicat với cùng một giới hạn chịu lửa của các kết cấu làm bằng các loại bê tông này

Các giá trị thông số trong Bảng 20 đến 22, 24, 26 và 27 được áp dụng cho cấu kiện bê tông cốt thép làm bằng loại bê tông cốt liệu lớn gốc silicat và loại bê tông silicat đặc chắc có cường độ chịu nén từ B40 trở xuống Kích thước tối thiểu của tiết diện ngang và khoảng cách từ trục cốt thép đến bề mặt cấu kiện chịu uốn được phép giảm.

10 % - đối với kết cấu bê tông cốt thép làm bằng bê tông cốt liệu gốc cacbonat;

20 % - đối với kết cấu bê tông cốt thép làm bằng bê tông nhẹ có khối lượng thể tích 1 200 kg/m 3 ;

30 % - đối với kết cấu chịu uốn làm bằng bê tông nhẹ có khối lượng thể tích 800 kg/m 3 và bê tông keramzit có khối lượng thể tích 1 200 kg/m 3

14.1.4 Trên các hình 21 và 22 thể hiện khoảng cách từ bề mặt bị đốt nóng đến trục cốt thép và các thông số hình học của tiết diện dùng trong các bảng từ 20 đến 24, 26

Hình 21 – Ký hiệu khoảng cách đến trục cốt thép khi cốt thép bố trí theo một lớp

Hình 22 – Ký hiệu khoảng cách trung bình đến trục đi qua trọng tâm các lớp cốt thép

Trong trường hợp bố trí cốt thép tại các mức khác nhau trong tiết diện cấu kiện bê tông cốt thép thì khoảng cách trung bình đến trục cốt thép a được xác định có kể đến các diện tích (A 1, A 2 ,…A n) và các khoảng cách tương ứng với chúng đến các trục (a 1, a 2, …a n) cốt thép, đo từ bề mặt bị đốt nóng gần nhất (mặt dưới hoặc mặt bên) của cấu kiện, theo công thức:

Cột

Trong Bảng 20 ghi các giá trị kích thước hình học của cột bê tông cốt thép làm bằng bê tông nặng và bê tông nhẹ khi bị đốt nóng từ bốn phía và một phía: chiều rộng tối thiểu b và khoảng cách a từ bề mặt đốt nóng đến trục cốt thép Khi đốt nóng một phía thì kích thước b chỉ dùng cho cột mà có bề mặt nằm ở cùng một mức với tường hoặc đối với phần cột nhô ra khỏi tường Giả thiết rằng, trong tường không có các lỗ nào gần cột theo phương kích thước tối thiểu b Đối với cột đặc tiết diện tròn thì dùng đường kính của nó thay vì kích thước b

Cột với các thông số ghi trong Bảng 20 có tải trọng đặt lệch tâm hoặc tải trọng có độ lệch tâm ngẫu nhiên khi bố trí cốt thép cột với hàm lượng không lớn hơn 3 % tiết diện bê tông, trừ các vị trí tại các mối nối Khi hàm lượng thép cột lớn hơn 3 % thì các số liệu trong bảng không được dùng mà phải tính toán khả năng chịu lửa Đối với cột bê tông cốt thép có cốt thép bổ sung dạng lưới thép hàn ngang với bước không lớn hơn 250 mm theo chiều cao cột thì giới hạn chịu lửa của cột được lấy theo Bảng 20 nhân với hệ số 1,5

Bảng 20 - Giá trị tối thiểu của các thông số của cột để đảm bảo khả năng chịu lửa Đơn vị tính bằng milimét

Loại bê tông Tác động lửa

Chiều rộng b của cột và khoảng cách a đến trục cốt thép

Giá trị tối thiểu thông số của cột khi giới hạn chịu lửa, min

1 Bê tông nặng Bốn phía b 150 200 240 300 400 450 a 10 25 35 40 50 50

Tường

Đối với tường bê tông cốt thép đặc chịu lực thì giá trị giới hạn chịu lửa, chiều dày tường và khoảng cách a đến trục cốt thép ghi trong Bảng 21 và dùng cho tường chịu nén đúng tâm hoặc nén lệch tâm nhưng hợp lực đặt trong khoảng 1/3 ở giữa chiều rộng tiết diện ngang của tường Khi đó, tỉ số chiều cao tường trên chiều dày của nó phải thỏa mãn l 0 h w ≤ 20 Đối với các tấm tường tựa có chiều dày không nhỏ hơn 140 mm thì giá trị giới hạn chịu lửa được lấy theo Bảng 21 rồi nhân thêm với hệ số 1,5

Bảng 21 - Giá trị tối thiểu các thông số của tường để đảm bảo khả năng chịu lửa Đơn vị tính bằng milimét

Loại bê tông Chiều dày h w và khoảng cách a đến trục cốt thép

Giá trị tối thiểu các thông số của tường khi giới hạn chịu lửa, min

81 Khả năng chịu lửa của tấm tường có sườn cần được xác định theo chiều dày phần bản (cánh) Sườn phải được liên kết với phần bản bằng cốt thép đai Kích thước tối thiểu của sườn và khoảng cách đến trục cốt thép trong sườn phải thỏa mãn các yêu cầu như đối với dầm (Bảng 22 và 23) Đối với tường ngoài làm từ tấm 2 lớp bao gồm lớp bao ngoài dày không nhỏ hơn 240 mm bằng bê tông keramzit cốt liệu rỗng lớn cấp cường độ B2 đến B2,5 ( bằng 600 kg/m 3 đến 900 kg/m 3 ) và lớp chịu lực dày không nhỏ hơn 100 mm với ứng suất nén trong lớp này không lớn hơn 5 MPa thì giới hạn chịu lửa của tường là 180 min.

Dầm

Đối với dầm tĩnh định tựa tự do khi có tác động lửa từ ba phía thì giá trị giới hạn chịu lửa, chiều rộng dầm b và các khoảng cách đến trục cốt thép a, a w (Hình 23) được ghi trong Bảng 22 đối với bê tông nặng và Bảng 23 đối với bê tông nhẹ ( = 1 200 kg/m 3 )

Bảng 22 - Giá trị giới hạn chịu lửa, chiều rộng dầm và khoảng cách đến trục cốt thép

(dầm bê tông nặng) Đơn vị tính bằng milimét

Giới hạn chịu lửa, min

Chiều rộng dầm b và khoảng cách đến trục cốt thép a

Giá trị tối thiểu các thông số của dầm làm bằng bê tông nặng

Chiều rộng tối thiểu của sườn dầm b w

Hình 23 – Kích thước hình học và khoảng cách đến trục cốt thép trong dầm

Bảng 23 – Giá trị giới hạn chịu lửa, chiều rộng dầm và khoảng cách đến trục cốt thép

(dầm bê tông nhẹ) Đơn vị tính bằng milimét

Giới hạn chịu lửa, min

Chiều rộng dầm b và khoảng cách đến trục cốt thép a

Giá trị tối thiểu các thông số của dầm làm bằng bê tông nhẹ

Chiều rộng tối thiểu của sườn dầm b w

83 Khi đốt nóng từ một phía dầm thì các giá trị kích thước hình học và giới hạn chịu lửa tương ứng được lấy theo Bảng 24 như đối với bản Đối với dầm có cạnh nghiêng thì chiều rộng b phải được đo theo trọng tâm cốt thép chịu kéo (Hình 23)

Khi xác định giới hạn chịu lửa thì các lỗ trong cánh dầm có thể không cần kể vào, nếu diện tích còn lại của tiết diện ngang trong vùng chịu kéo không nhỏ hơn 2b 2 Để ngăn ngừa bê tông trong sườn dầm bị vỡ thì khoảng cách giữa cốt thép đai và bề mặt dầm không được lớn hơn 0,2 lần chiều rộng sườn

Khoảng cách từ mặt cấu kiện đến trục thanh cốt thép không được nhỏ hơn a/2 hoặc theo giá trị ghi trong Bảng 22 (đối với giới hạn chịu lửa 30 phút), tùy theo giá trị nào lớn hơn.

Khi giới hạn chịu lửa là 120 min và lớn hơn thì trên các dầm chữ I tựa tự do với khoảng cách giữa trọng tâm các cánh lớn hơn 120 cm phải có phần dày thêm ở cuối bằng chiều rộng dầm Đối với dầm chữ I mà có tỉ số chiều rộng cánh trên chiều rộng bụng (sườn) b b w 2(Hình 23) thì trong sườn dầm phải đặt cốt thép ngang Khi tỉ số b b w 1,4 thì khoảng cách đến trục cốt thép phải tăng lên đến 0,85a b b w Khi b b w 3thì không được sử dụng các bảng 22 và 23

Trong dầm có lực cắt lớn chịu bởi cốt thép đai đặt gần bề mặt ngoài của cấu kiện thì khoảng cách a (xem các bảng 22 và 23) cũng được lấy đối với cốt thép đai với điều kiện chúng được bố trí trong các vùng, nơi giá trị tính toán của ứng suất kéo lớn hơn 0,1 cường độ chịu nén của bê tông Đối với dầm làm bằng polime bê tông (có cốt thép hoặc cốt phi kim) trên nền chất kết dính furfural- aceton với các kích thước hình học b = 160 mm, a = 45 mm, a w = 25 mm và được bố trí cốt thép nhóm CB400 thì giới hạn chịu lửa của dầm bằng 60 min.

Sàn

Đối với bản kê tự do thì giới hạn chịu lửa, chiều dày bản t, khoảng cách a đến trục cốt thép được ghi trong Bảng 24

Chiều dày tối thiểu t của bản để đảm bảo được yêu cầu giới hạn chịu lửa về mất tính cách nhiệt I Các lớp đổ thêm, lớp lót và lớp lát sàn làm bằng vật liệu không cháy được tính vào tổng chiều dày bản sàn và có khả năng làm tăng giới hạn chịu lửa của nó Các lớp cách nhiệt cháy phủ lên lớp xi măng lót không làm giảm giới hạn chịu lửa của bản

Chiều dày hiệu quả của tấm nhiều lỗ để đảm bảo giới hạn chịu lửa yêu cầu được xác định bằng cách chia diện tích tiết diện ngang của bản (chỉ tính phần tiết diện đặc mà không tính diện tích lỗ rỗng) cho chiều rộng của nó

Giới hạn chịu lửa của tấm nhiều lỗ và tấm sàn sườn có sườn ngược được lấy theo Bảng 24 rồi nhân với hệ số 0,9

Giới hạn chịu lửa của tấm hai lớp làm bằng bê tông nặng và bê tông nhẹ (khi bê tông nằm ở phía tác động lửa) và chiều dày cần thiết của các lớp ghi trong Bảng 25

Bảng 24 - Giới hạn chịu lửa, chiều dày bản, khoảng cách đến trục cốt thép của bản kê tự do Đơn vị tính bằng milimét

Loại bê tông, thông số của bản và điều kiện kê

Chiều dày bản t và khoảng cách a đến trục cốt thép

Giá trị tối thiểu các thông số của bản kê tự do khi giới hạn chịu lửa, min 15 30 60 90 120 150 180

Kê hai cạnh hoặc theo chu vi khi l y l x 1,5 a 10 15 25 35 45 60 70

Kê theo chu vi khi l y l x 1,5 a 10 10 10 15 20 30 40

Kê hai cạnh hoặc theo chu vi khi l y l x 1,5 a 10 10 20 30 40 50 55

Kê theo chu vi khi l y l x 1,5 a 10 10 10 10 15 25 30

Bảng 25 cung cấp thông tin quan trọng về giới hạn chịu lửa của các tấm hai lớp làm từ bê tông nặng và bê tông nhẹ, đồng thời chỉ ra độ dày tối thiểu cần thiết cho từng lớp Dữ liệu này rất hữu ích cho các kỹ sư thiết kế và các chuyên gia xây dựng khi xác định cấu trúc chịu lửa phù hợp cho công trình của họ.

Loại bê tông Chiều dày t 1 các lớp của bản hai lớp làm bằng bê tông nhẹ và t 2 của bản làm bằng bê tông nặng

Giá trị tối thiểu các thông số của bản khi giới hạn chịu lửa, min

Trong trường hợp bố trí toàn bộ cốt thép tại một mức (một lớp), khoảng cách từ bề mặt bên của bản đến trục cốt thép không được nhỏ hơn chiều dày của lớp đã ghi trong các bảng 22 và 23

Cấu kiện chịu kéo

Đối với các thanh chịu kéo của giàn, vòm với cốt thép không ứng suất trước và ứng suất trước bị đốt nóng từ mọi phía, giá trị tối thiểu b của chiều rộng tiết diện ngang và khoảng cách a đến trục cốt thép ứng với các giới hạn chịu lửa khác nhau được ghi trong Bảng 26

Bảng 26 - Giá trị tối thiểu các thông số của cấu kiện chịu kéo để đảm bảo giới hạn chịu lửa Đơn vị tính bằng milimét

Loại bê tông Chiều rộng tiết diện ngang b và khoảng cách a đến trục cốt thép

Giá trị tối thiểu các thông số của cấu kiện chịu kéo khi giới hạn chịu lửa, min

Vách ngăn không chịu lực

14.7.1 Giới hạn chịu lửa của vách ngăn bê tông và bê tông cốt thép không chịu lực và chiều dày tiết diện tối thiểu t p của chúng được ghi trong Bảng 27 Khi đó, chiều dày tối thiểu của vách ngăn sẽ đảm bảo được rằng nhiệt độ trung bình ở bề mặt không bị đốt nóng của cấu kiện bê tông tăng lên thêm không quá 160 °C và nhiệt độ ở bất kỳ điểm nào trên bề mặt này không bị vượt quá 220 °C khi có tác động của chế độ nhiệt tiêu chuẩn của đám cháy Khi xác định t p thì các lớp phủ và vữa bảo vệ chống cháy bổ sung cần được kể tới theo 11.4

Bảng 27 – Giá trị tối thiểu của chiều dày vách ngăn không chịu lực t p để đảm bảo giới hạn chịu lửa Đơn vị tính bằng milimét

Loại bê tông Giá trị t p của vách ngăn không chịu lực khi giới hạn chịu lửa, min

14.7.2 Khi thiết kế kết cấu bê tông cốt thép mà sử dụng các số liệu trong bảng tra thì cần xét đến khả năng phá hoại giòn dạng nổ của bê tông khi cháy và, trong trường hợp cần thiết, cần có biện pháp bảo vệ kết cấu bê tông và bê tông cốt thép tránh phá hoại giòn khi cháy (Điều 9).

Nhiệt độ đốt nóng tiết diện bản, tường bê tông cốt thép khi có tác động theo chế độ nhiệt tiêu chuẩn của đám cháy

A.1 Bằng tính toán nhiệt kỹ thuật xác định được nhiệt độ đốt nóng theo tiết diện bản và tường làm bằng bê tông nặng có khối lượng thể tích 2 350 kg/m 3 , độ ẩm đến (2,5 ÷ 3,0) %, cốt liệu gốc silicat và cacbonat, cũng như làm bằng bê tông keramzit kết cấu có khối lượng thể tích (1 400 ÷ 1 600) kg/m 3 , độ ẩm đến 5 %

A.2 Nhiệt độ đốt nóng cốt thép T s tại mức trục của nó (Hình A.1 đến A.6) được lấy theo nhiệt độ đốt nóng bê tông ở khoảng cách tính từ bề mặt đến trục cốt thép

Giới hạn chịu lửa về mất khả năng chịu lực R được xác định tại điểm giao của đường thẳng nằm ngang ứng với nhiệt độ tới hạn của bê tông Tbcr với đường cong đốt nóng lớp bê tông dày aT tính từ bề mặt bị đốt nóng đến trục cốt thép chịu kéo.

A.4 Giới hạn chịu lửa của tấm sàn nhiều lỗ và tấm sàn sườn có sườn ngược được xác định như đối với tấm sàn đặc rồi nhân với hệ số 0,9

A.5 Nhiệt độ đốt nóng bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silicat của bản bê tông cốt thép toàn khối đúc trên tấm sóng với tổng chiều dày 200 mm được thể hiện trên các hình A.7 và A.8

0 – 120 – Chiều sâu đốt nóng bê tông tính từ bề mặt bị đốt nóng, mm

Hình A.1 – Nhiệt độ đốt nóng bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silicat trong các bản và tường có chiều cao tiết diện 40, 60, 80, 100 và 120 mm khi có tác động lửa một phía h@ mm h` mm h mm h0 mm h0 mm mm mm mm mm mm min

CHÚ THÍCH: 0 mm đến 200 mm là chiều sâu đốt nóng bê tông tính từ bề mặt bị đốt nóng, mm

Hình A.2 – Nhiệt độ đốt nóng bê tông nặng dùng cốt liệu gốc silicat trong các bản và tường có chiều cao tiết diện 140, 160 và 200 mm khi có tác động lửa một phía h0 mm h0 mm h0 mm h 0 mm mm mm mm mm min

CHÚ THÍCH: 0 mm đến 200 mm là chiều sâu đốt nóng bê tông tính từ bề mặt bị đốt nóng, mm

Trong Hình A.3, nhiệt độ tăng khi lớp bê tông nặng có cốt liệu gốc cacbonat dày hơn Cụ thể, ở chiều cao tiết diện 40 mm, nhiệt độ đạt 150°C sau 75 phút; ở chiều cao tiết diện 60 mm, nhiệt độ đạt 150°C sau 90 phút; ở chiều cao tiết diện 80 mm, nhiệt độ đạt 150°C sau 120 phút; ở chiều cao tiết diện 120 mm, nhiệt độ đạt 150°C sau 180 phút.

CHÚ THÍCH: 0 đến 200 là chiều sâu đốt nóng bê tông tính từ bề mặt bị đốt nóng, mm

Hình A.4 – Nhiệt độ đốt nóng bê tông nặng dùng cốt liệu gốc cacbonat trong các bản và tường có chiều cao tiết diện 140, 160, 180 và 200 mm khi có tác động lửa một phía h0 mm h0 mm h0 mm h 0 mm mm mm mm mm min

CHÚ THÍCH: 0 mm đến 120 mm là chiều sâu đốt nóng bê tông tính từ bề mặt bị đốt nóng

Hình A.5 – Nhiệt độ đốt nóng bê tông keramzit kết cấu dùng cốt liệu gốc cacbonat trong các bản và tường có chiều cao tiết diện 40, 60, 80, 100 và 120 mm khi có tác động lửa một phía h@ mm h` mm h mm h0 mm h0 mm mm mm mm mm mm min

CHÚ THÍCH: 0 mm đến 200 mm là chiều sâu đốt nóng bê tông tính từ bề mặt bị đốt nóng

Hình A.6 – Nhiệt độ đốt nóng bê tông keramzit kết cấu dùng cốt liệu gốc cacbonat trong các bản và tường có chiều cao tiết diện 140, 160, 180 và 200 mm khi có tác động lửa một phía h0 mm h0 mm h0 mm h 0 mm mm mm mm mm min

Kích thước tính bằng milimét a) 60 min b) 100 min

Hình A.7 – Nhiệt độ đốt nóng bê tông nặng kết cấu dùng cốt liệu gốc silicat trong các bản bê tông cốt thép toàn khối đổ trên tấm sóng khi có tác động lửa một phía trong 60 và 100 min

95 Kích thước tính bằng milimét a) 120 min b) 150 min

Nhiệt độ bề mặt bê tông nặng kết cấu dùng cốt liệu gốc silicat trong bản bê tông cốt thép toàn khối đổ trên tấm sóng thép dưới tác động của lửa ở một phía trong 120 phút và 150 phút lần lượt là 362,3 °C và 492,3 °C Các kết quả này cho thấy bê tông nặng kết cấu dùng cốt liệu gốc silicat có khả năng chịu lửa tốt trong các kết cấu bê tông cốt thép toàn khối đổ trên tấm sóng thép phải chịu tác động của lửa một phía.

Kích thước tính bằng milimét

Thời gian đốt nóng theo chế độ nhiệt tiêu chuẩn (min)